第十三周工作总结

第一部分：JH7110 平台时钟驱动中断处理优化

本周首先完成了 JH7110 平台的时钟驱动中断处理的重要修复工作，为后续的性能测试奠定了基础。

问题描述

在之前的实现中，JH7110 平台存在两个问题：

1. 中断管理重置问题：riscv_rt的中断管理不能很好兼容embassy_preempt上下文切换的方式
2. 时钟驱动中断处理缺失：没有正确实现机器时钟中断的处理逻辑

为了能够完整测试embassy_preempt在jh7110上的性能，修复了这个两个问题

解决方案

1. 中断管理初始化

在 platform.rs 中添加了 RISC-V 中断管理初始化：

unsafe {
    riscv::register::mstatus::set_mie();  // 启用机器中断

    extern "C" {
        fn __trap_entry();
    }
    riscv::register::mtvec::write(
        Mtvec::new(__trap_entry as usize, TrapMode::Direct)
    );
}

然后用汇编实现了零栈开销的ecall处理路径，覆盖了riscv_rt的中断管理策略

2. 机器时钟中断处理

在 timer_driver.rs 中实现了完整的时钟中断处理：

中断处理函数：

unsafe fn on_interrupt(&self) {
    critical_section::with(|cs| {
        if mip::read().mtimer() {  // 检查机器定时器中断
            self.set_mtimecmp(u64::MAX);  // 清除中断

            // 触发 alarm 回调
            for n in 0..ALARM_COUNT {
                let alarm = &self.alarms.borrow(cs)[n];
                let timestamp = alarm.timestamp.get();
                let current_time = self.now();

                if timestamp <= current_time && timestamp != u64::MAX {
                    self.trigger_alarm(n, cs);  // 触发超时回调
                }
            }
        }
    });
}

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第二部分：Embassy Preempt RTOS 性能基准测试

本周完成了 Embassy Preempt RTOS 在 StarFive JH7110 平台上的性能基准测试

工作目的

为了量化 Embassy Preempt RTOS 的实时性能，需要设计并实现性能基准测试程序，测量：

1. 任务创建延迟
2. 任务切换延迟
3. 中断响应延迟

这些指标是评估 RTOS 实时性能的关键参数。

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测试结果

测试环境

项目	规格
硬件平台	StarFive JH7110 (VisionFive2)
CPU	RISC-V U74 @ 1 GHz
定时器	CLINT mtime @ 4 MHz
测量方法	CPU 指令计数

性能指标

1. 任务创建延迟

指标	数值
CPU 循环次数	400 - 500 条指令
执行时间	400 - 500 ns
平均延迟	457 ns

从 SyncOSTaskCreate() 调用到任务首次执行的时间开销。

2. 中断响应延迟

指标	数值
CPU 循环次数	400 - 800 条指令
执行时间	400 - 800 ns
平均延迟	633 ns

从硬件中断触发到最高优先级中断处理程序开始执行的时间。

测量方法说明

测量原理：

• 通过观察 CPU 执行的循环次数（CPU cycles）来计算延迟
• 使用 CPU 频率（1 GHz = 1,000,000,000 Hz）将循环次数转换为时间
• 公式：执行时间(ns) = CPU 循环次数 / CPU 频率(Hz) × 10^9

示例计算：

• 450 条指令 @ 1GHz CPU = 450 / 1,000,000,000 × 10^9 = 450 ns

数据可靠性：

• ✅ Embassy Preempt 数据：实际测试获得，高度可靠
• ⚠️ 对比系统数据：来源于公开文档和学术资源，仅供参考
• ⚠️ 跨架构比较：RISC-V vs ARM，不同 CPU 微架构会影响实际性能

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📈 性能对比

说明：以下数据来源于公开文档、学术资源和实际测试，不同 CPU 架构和频率会影响实际性能，对比仅供参考。

RTOS / 系统	平台	CPU 频率	任务创建/调度延迟	中断响应延迟	数据来源
Embassy Preempt	RISC-V JH7110	1 GHz	457 ns	633 ns	实际测试
Embassy Preempt	ARM STM32F401RE	84 MHz	10.13 μs	-	实际测试
FreeRTOS	ARM Cortex-M3	72 MHz	~12 μs	-	FreeRTOS FAQ
FreeRTOS	RISC-V HiFive1	320 MHz	~1.8 μs	-	SiFive HiFive1 Benchmark
Zephyr	ARM Cortex-M	64 MHz	~8 μs	-	Zephyr Benchmark Docs
ThreadX	ARM Cortex-M4	120 MHz	~3 μs	-	Microsoft Azure RTOS
Linux (PREEMPT_RT)	x86_64	3 GHz	-	7-50 μs	Realtime Linux Wiki

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