嵌入式Linux調(diào)試變得更容易

調(diào)試嵌入式 Linux 非常復(fù)雜，即使是最有經(jīng)驗(yàn)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員也面臨許多挑戰(zhàn)。但是，專門支持嵌入式 Linux 的可視化跟蹤診斷工具可以大大簡(jiǎn)化這項(xiàng)工作。

最近，我的任務(wù)是開發(fā)一個(gè)定制的 Linux 驅(qū)動(dòng)程序來使用外部設(shè)備流式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。雖然 Linux 內(nèi)核有一些原生機(jī)制來確保驅(qū)動(dòng)程序的功能是正確的，但調(diào)試和評(píng)估性能遠(yuǎn)非簡(jiǎn)單。這就是為什么我決定測(cè)試新的跟蹤工具（例如支持嵌入式 Linux 的 Tracealyzer）是否以及如何幫助我，從分析驅(qū)動(dòng)程序和中斷處理程序，到檢查用戶空間應(yīng)用程序和編譯器選項(xiàng)。

我將跟蹤工具與基于 Yocto 的 Linux 發(fā)行版一起使用，首先在板支持包上構(gòu)建自定義層以啟用開源LTTng庫。這為作為 Linux 系統(tǒng)（包括內(nèi)核）的一部分執(zhí)行驅(qū)動(dòng)程序提供了許多有價(jià)值的觀點(diǎn)。它還讓我對(duì)驅(qū)動(dòng)程序有了更全面的了解，以確保沒有性能瓶頸或確定任何瓶頸的原因。

診斷跟蹤工具還可以幫助發(fā)現(xiàn) IRQ 處理程序中的性能問題，而無需使用可怕的 printk 語句。就我而言，它發(fā)現(xiàn)需要通過 I2C 總線確認(rèn)設(shè)備中斷以防止抖動(dòng)。如果不使用跟蹤工具，這個(gè)隱藏的錯(cuò)誤直到發(fā)布前不久移除無關(guān)的 printk 調(diào)用時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)或顯現(xiàn)出來。該工具還揭示了在中斷處理程序中包含 printk 的嚴(yán)重影響。使用跟蹤工具有效地避免了在后期修改驅(qū)動(dòng)程序的需要，這會(huì)導(dǎo)致大量的延誤和成本。

使用跟蹤工具，我還能夠測(cè)試我的假設(shè)，即設(shè)置進(jìn)程的 CPU 親和性將如何影響其性能。分析正常和高強(qiáng)度條件下不同執(zhí)行元素之間的交互，顯示了 Linux 內(nèi)核的盡力而為算法。這確定了 Linux 內(nèi)核調(diào)度程序和 iperf 代碼庫的某些區(qū)域，以供進(jìn)一步調(diào)查。

在評(píng)估用戶空間性能時(shí)，跟蹤工具可以更加強(qiáng)大。像大多數(shù)嵌入式軟件開發(fā)人員一樣，我開發(fā)針對(duì) Linux 系統(tǒng)的用戶空間應(yīng)用程序。將跟蹤工具的輸出與 LTTng 跟蹤點(diǎn)結(jié)合起來提供了一種寶貴的方法來幫助我確定我的應(yīng)用程序的執(zhí)行情況、識(shí)別任何異常行為并提供高級(jí)時(shí)序統(tǒng)計(jì)信息。然后，我可以使用該工具進(jìn)一步解決任何計(jì)時(shí)問題并提高應(yīng)用程序的性能。

我還發(fā)現(xiàn)跟蹤工具和 LTTng 庫的結(jié)合非常強(qiáng)大，可以幫助我快速了解某些編譯器選項(xiàng)對(duì)執(zhí)行浮點(diǎn)計(jì)算的用戶空間應(yīng)用程序性能的影響。通常，這種分析是在應(yīng)用程序完成但應(yīng)用程序性能不佳時(shí)進(jìn)行的，并且可能需要很多時(shí)間。在開發(fā)過程中使用該工具來驗(yàn)證軟件時(shí)序幫助我避免了對(duì)性能的影響。

總而言之，我發(fā)現(xiàn) Tracealyzer 等跟蹤工具可以成為發(fā)現(xiàn)隱藏錯(cuò)誤和優(yōu)化嵌入式 Linux 系統(tǒng)性能的強(qiáng)大元素。

諸如用于自上而下探索性分析的高級(jí)概述等功能，包括進(jìn)程交互、進(jìn)程分叉、CPU 使用率、RAM 使用率、I/O 使用率、文件使用率、狀態(tài)機(jī)和用戶定義的指標(biāo)，提供了寶貴且直觀的跟蹤視圖，用于顯示細(xì)節(jié)，在響應(yīng)性和清晰度方面可擴(kuò)展到大型 Linux 跟蹤。當(dāng)通過可定制的事件解釋適應(yīng)特定用例時(shí)，任何用戶定義的數(shù)據(jù)集（例如間隔和狀態(tài)機(jī)）都可以顯示在高度可配置的視圖中。最后，使用開源 LTTng 庫打開了廣泛的功能來探索嵌入式 Linux 設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，從驅(qū)動(dòng)程序和中斷處理程序到用戶空間應(yīng)用程序和編譯器選項(xiàng)。在開發(fā)過程中使用這種組合不僅可以提高可見性，而且可以在過程的早期解決問題。從我經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(fā)人員的角度來看，這避免了隱藏的錯(cuò)誤并節(jié)省了項(xiàng)目后期的時(shí)間和成本。

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圖1。在評(píng)估自定義 Linux 內(nèi)核（如圖）時(shí)，將開源 LTTng 庫與跟蹤工具結(jié)合使用可以揭示性能問題。

圖 2：此垂直跟蹤視圖使用垂直時(shí)間線顯示事件流。它從頂部開始，時(shí)間向下增長(zhǎng)。每列代表系統(tǒng)中的單個(gè)執(zhí)行上下文——通常是任務(wù)或中斷處理程序——列中的矩形顯示特定任務(wù)何時(shí)運(yùn)行。水平標(biāo)簽（左）標(biāo)記記錄的軟件事件。該圖是完全響應(yīng)的，因此放大可以顯示更多細(xì)節(jié)。

審核編輯：郭婷