第01章
实时系统基础
什么是实时系统、硬实时与软实时的区别、运动控制中的实时性要求。
概念硬实时软实时
第02章
性能指标定义
延迟(Latency)、抖动(Jitter)、吞吐量(Throughput)、确定性(Determinism)的定义与测量方法。
延迟抖动吞吐量
第03章
测试环境搭建
硬件选型（工控机、运动控制卡、伺服驱动器）、软件栈（RTOS、EtherCAT主站）配置。
硬件RTOSEtherCAT
第04章
时钟同步机制
IEEE 1588 (PTP) 原理、分布式时钟(DC)在EtherCAT中的应用、时钟漂移补偿。
PTPDC漂移补偿
第05章
测试工具链
RtEval实时性能测试工具、cyclictest、perf、ftrace等工具的使用与对比。
cyclictestperfftrace
第06章
延迟测试方法
中断延迟测试、任务调度延迟测试、系统调用延迟测试的实操步骤。
中断延迟调度延迟系统调用
第07章
抖动分析
抖动来源分析（中断、调度、缓存未命中）、抖动统计方法（直方图、CDF、PDF）。
直方图CDF抖动源
第08章
负载对实时性的影响
CPU负载、内存带宽、I/O中断对实时性能的干扰测试。
CPU负载内存带宽I/O中断
第09章
内核配置优化
PREEMPT_RT内核编译、内核参数调优（isolcpus、nohz_full、rcu_nocbs）。
PREEMPT_RTisolcpusnohz_full
第10章
中断亲和性
中断绑定(IRQ Affinity)、多核负载均衡策略、避免中断风暴。
IRQ Affinity负载均衡中断风暴
第11章
内存管理优化
避免页面错误、内存锁页(mlockall)、大页内存(HugePages)配置。
mlockallHugePages页面错误
第12章
缓存与TLB影响
L1/L2/L3缓存命中率对实时性的影响、TLB抖动问题及解决方案。
缓存命中TLB抖动实时性
第13章
任务优先级与调度策略
SCHED_FIFO、SCHED_RR、SCHED_DEADLINE调度器的选择与优先级反转。
SCHED_FIFOSCHED_DEADLINE优先级反转
第14章
优先级反转与继承
优先级反转场景复现、优先级继承协议(PIP)、优先级天花板协议(PCP)。
PIPPCP反转复现
第15章
锁与同步机制
自旋锁、互斥锁、读写锁在实时系统中的开销对比，避免死锁。
自旋锁互斥锁死锁
第16章
无锁编程
原子操作、RCU(Read-Copy-Update)、无锁队列在运动控制中的应用。
原子操作RCU无锁队列
第17章
通信实时性
EtherCAT数据帧结构、过程数据对象(PDO)映射、同步管理器配置。
EtherCATPDO同步管理器
第18章
网络栈优化
NAPI、RPS/RFS、XDP、DPDK对实时网络的影响。
NAPIXDPDPDK
第19章
驱动开发实时性
中断下半部(Tasklet/Workqueue/Threaded IRQ)的选择、避免中断嵌套。
TaskletWorkqueueThreaded IRQ
第20章
用户态与内核态
系统调用开销、io_uring与实时性、用户态中断(UMI)技术。
io_uringUMI系统调用
第21章
虚拟化与实时性
RT-Xen、KVM with RT patch、实时容器技术。
RT-XenKVM实时容器
第22章
多核调度
Gang调度、CPU分区、核间通信(IPI)延迟优化。
Gang调度CPU分区IPI
第23章
电源管理影响
C-States、P-States、DVFS对实时性的影响及禁用策略。
C-StatesDVFS电源管理
第24章
性能基准测试
Linaro LRTB、Phoronix Test Suite实时测试套件、自定义基准测试脚本。
LRTBPhoronix基准测试
第25章
长时间稳定性测试
老化测试、温度漂移对时钟同步的影响、内存泄漏检测。
老化测试温度漂移内存泄漏
第26章
故障注入测试
中断丢失模拟、网络丢包、时钟跳变对系统的影响评估。
中断丢失网络丢包时钟跳变
第27章
数据采集与分析
使用Tracealyzer、LTTng、SystemTap进行实时行为追踪。
TracealyzerLTTngSystemTap
第28章
报告生成
自动化测试报告、延迟/抖动趋势图、性能退化告警阈值设定。
自动化报告趋势图告警阈值
第29章
案例实战
六轴机器人轨迹跟踪实时性优化、CNC加工中心插补周期抖动优化。
六轴机器人CNC插补周期
第30章
总结与展望
TSN(时间敏感网络)与运动控制、AI辅助实时调优、RISC-V实时处理器趋势。
TSNAI调优RISC-V