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发表于 2005-11-5
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如何提高window实时性能
1 概述
此文是在实现modbus-RTU通讯的基础上总结而来的，主要讲述了如何提高window做工业控制时的实时性能。
PC机上做控制系统，一般就是在window或者linux操作系统上做控制系统软件开发，window上做控制系统，有如下优势：
1）现有的设备驱动支持
2）各类厂家提供的现成的卡板
3）以及比较平民化的开发平台
4）数量众多的开发人员。
2 提高实时性手段
window是一个非实时操作系统，如果要做实时任务的话，有必要用些特别的手段，来提高其实时控制的能力。
1） 语言最好选择C语言，之所以选择C语言，因为工业控制主要基于window API编程，使用很多window内核的服务。
2） 多任务一般采用多线程来实现，根据任务的紧要程度，设置线程的优先级别，一定要设置优先级。
3） 如果在一个线程中有多个任务的话，建议采用协程的方式实现多任务，任务内部最好不要调用Sleep()等休眠函数
4） 为了提高内核的时钟的调度精度，必须使用多媒体定时器并且将其精度设置为1ms，这样内核任务调度精度也提高为1ms，这估计是微软的内部耦合。如果不使用多媒体定时器的话，内核定时器时钟精度一般只有15ms左右。
5） 每个线程的一个循环必须释放一次CPU，采用Sleep(1)，这样才能保证机器的CPU不被耗光，否则低优先级的任务就没有机会得到执行了。
6）计时采用QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter()函数来计时，可以达到ns级别。
上面手段都是用户空间的手段，在内核空间应该也有手段（应用程序作为驱动跑），但是我不熟，就不说了。
3 效果
使用以上几种方式实现的控制程序，时间关键优先级别多线程任务调度精度可以达到2-5ms级别，计时精度可以达到ns级别。这对于很多（大部分）要求不高的控制来说，基本是够用的。
至于驱动部分，window的驱动的反应速度还是挺快的（CPU占用率不过高的情况下面达到us级别的反应），这个和我们用户空间的程序不一样，例如window的串口驱动，可以将接收FIFO设置为1，采用事件方式读串口，即使波特率为115200bps，也不会丢失数据。
使用上面的方法，我在PC机上实现了modbus-RTU客户端，其3.5T设置为5ms，可以很稳定地和PLC主设备通讯。
4 硬实时
如果在PC机上追求真正的硬实时，那么一般是在window或者linux系统中加入硬实时内核，形成双内核系统，例如RTX或者RTAI，这些都有成功的案例，例如西门子的基于RTX的数控系统，基于RTAI的实时控制系统，这些实时系统都是用于100us级别的硬实时系统中，需要开发者自己写驱动，其架构是实时内核上跑实时任务，普通内核上跑一般任务，实时任务和一般任务间通过通讯的方式沟通。由于我还没有在这些实时系统上做过开发，所以暂时不写。
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