Синхронизация точности подмиллисекунды в C или C++
Какие методы / методы существуют для получения данных синхронизации точности подмиллисекунды в C или C++, и какую точность и точность они обеспечивают? Я ищу методы, которые не требуют дополнительных аппаратных средств. Приложение включает ожидание в течение приблизительно 50 микросекунд + микросекунда/-1, в то время как некоторое внешнее оборудование собирает данные.
Править: ОС является Wndows, вероятно, с VS2010. Если я могу получить драйверы и SDK для аппаратных средств на Linux, я могу пойти туда с помощью последнего GCC.
8 ответов
При работе с стандартными операционными системами точное время является чрезвычайно сложной и сложной задачей. Если вам действительно требуется гарантированная синхронизация , единственный реальный вариант - это полная операционная система реального времени. Однако, если "почти всегда" достаточно хорошо, вот несколько приемов, которые вы можете использовать, которые обеспечат хорошую точность в обычных Windows и Linux
- Используйте защищенный ЦП По сути, это означает отключение привязки IRQ для выбранный ЦП и установите маску сродства к процессору для всех других процессов на машине, чтобы игнорировать целевой ЦП. В своем приложении настройте привязку ЦП для работы только на защищенном ЦП. По сути, это должно помешать ОС когда-либо приостанавливать работу вашего приложения, поскольку это всегда будет единственный запускаемый процесс для этого процессора.
- Никогда не позволяйте вашему процессу добровольно уступать управление ОС (что по своей природе недетерминировано для ОС, не работающих в реальном времени). Ни выделения памяти, ни сокетов, ни мьютексов, нада. Используйте RDTSC, чтобы вращаться в цикле while, ожидая прибытия вашего целевого времени. Он потребляет 100% ЦП, но это наиболее точный способ.
- Если номер 2 слишком суров, вы можете «немного поспать», а затем сжечь ЦП до целевого времени. Здесь вы пользуетесь тем фактом, что операционная система планирует процессор с заданными интервалами. Обычно 100 раз в секунду или 1000 раз в секунду в зависимости от вашей ОС и конфигурации (в Windows вы можете изменить период планирования по умолчанию со 100 / с на 1000 / с с помощью мультимедийного API). Это может быть немного сложно сделать правильно, но, по сути, вам нужно определить, когда наступают периоды планирования ОС, и рассчитать период до вашего целевого времени пробуждения. Спите в течение этого времени, а затем, после пробуждения, вращайте RDTSC (если у вас один процессор ... используйте QueryPerformanceCounter или его эквивалент для Linux, если нет), пока не наступит ваше целевое время. Иногда планирование ОС может привести к тому, что вы пропустите, но, вообще говоря, этот механизм работает довольно хорошо.
Кажется, что это простой вопрос, но добиться «хорошего» тайминга тем труднее, чем жестче ваши временные ограничения. Удачи!
boost :: datetime имеет часы с точностью до микросекунд, но их точность зависит от платформы.
В документации указано:
ptime microsec_clock :: local_time () "Получите местное время, используя часы с разрешением менее секунды. В системах Unix это реализовано с помощью GetTimeOfDay. На большинстве платформ Win32 это реализовано с помощью ftime. Системы Win32 часто не достигают микросекундного разрешения с помощью этого API. Если более высокое разрешение критично для вашего приложение протестирует вашу платформу, чтобы увидеть достигнутое разрешение. "
Вы можете попробовать следующее:
struct timeval t; gettimeofday (& t, 0x0);
Это дает вам текущую отметку времени в микросекундах. Я не уверен в точности.
Большинство современных процессоров имеют регистры для синхронизации или других инструментальных целей. На x86 со времен Pentium есть, например, инструкция RDTSC . Ваш компилятор может предоставить вам доступ к этой инструкции.
См. википедию для получения дополнительной информации.
Вы можете попробовать технику, описанную здесь, но она не переносима.
timeval в sys / time.h имеет член tv_usec, который составляет микросекунды.
Эта ссылка и приведенный ниже код помогут проиллюстрировать:
http://www.opengroup.org/onlinepubs/000095399/basedefs/sys/time.h.html
timeval start;
timeval finish;
long int sec_diff;
long int mic_diff;
gettimeofday(&start, 0);
cout << "whooo hooo" << endl;
gettimeofday(&finish, 0);
sec_diff = finish.tv_sec - start.tv_sec;
mic_diff = finish.tv_usec - start.tv_usec;
cout << "cout-ing 'whooo hooo' took " << sec_diff << "seconds and " << mic_diff << " micros." << endl;
gettimeofday(&start, 0);
printf("whooo hooo\n");
gettimeofday(&finish, 0);
sec_diff = finish.tv_sec - start.tv_sec;
mic_diff = finish.tv_usec - start.tv_usec;
cout << "fprint-ing 'whooo hooo' took " << sec_diff << "seconds and " << mic_diff << " micros." << endl;
Аппаратное обеспечение (и, следовательно, разрешение) варьируется от машины к машине. В частности, в Windows (я не уверен насчет других платформ) вы можете использовать QueryPerformanceCounter и QueryPerformanceFrequency , но имейте в виду, что вы должны вызывать оба из одного потока и нет строгих гарантии разрешения (QueryPerformanceFrequency может возвращать 0, что означает, что таймер с высоким разрешением недоступен). Однако на большинстве современных настольных компьютеров он должен быть с точностью до микросекунд.
Удачи в попытках сделать это с MS Windows. Вам нужна операционная система реального времени, то есть такая, в которой временные параметры гарантированно повторяются. Windows может переключиться на другой поток или даже другой процесс в неподходящий момент. У вас также не будет контроля над промахами кэша.
Когда я занимался управлением роботами в реальном времени, я использовал очень легкую ОС под названием OnTime RTOS32, которая имеет частичный слой эмуляции Windows API. Я не знаю, подходит ли она для того, что вы делаете. Однако с Windows вы, вероятно, никогда не сможете доказать, что она никогда не выдаст своевременный ответ.