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環境計測に用いられるOSの リアルタイム性の比較 ー RTLinuxの導入 ー 環境計測 アナログ信号 デジタル信号 コンピューター 環境計測 八木英二 八木英二 検出器 ADC 割り込み信号 I/Oボード メモリ 終了信号 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 1 本研究の目的 ★Linux、RTLinuxでI/O処理および割り込み処理の速 度、信頼性（割り込みの数え落とし）を比較。 ★RTLinuxが放射線計測システムに利用可能である かを計測。 比較内容 割り込み反応速度 割り込み反応速度のばらつき 割り込みの数え落とし（信頼性） 放射線計測に必要となるネットワーク転送やグラフィック表示を 割り込みの負荷として与え、各データの変化を計測。 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 2 RTLinuxとは • Linuxを元にリアルタイム性を拡張したOS。 計測におけるリアルタイム性を保証 利点 • Web SiteからFreeで入手可能 • オープンソースなので、自由に参照（改造）可能 • Linuxの機能、アプリケーションをそのまま利用可能 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 3 RTLinuxの処理の流れ Linux プロセス スケジューラ Linuxカーネル RT-FIFO RTLinuxモジュール RTLinuxスレッド スケジューラ リアルタイムカーネル ハードウェア割り込み 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 4 計測システム CPU Celeron 466 MHz メモリ 64 MB ハードディスク 80 GB I/Oボード PCI-2702C 14 Feb 2003 使用OS Linux、RTLinux、MS-DOS、Win-DOS 開発言語 C言語 ⇒全てのOSで統一した動き 環境計測 卒論発表会 5 実験概要 割り込み応答速度 割り込みの数え落とし デジタルオシロスコープ 測定 コンピュータ Linux or RTLinux CPU 画面 ネットワーク 別処理 計算 転送 表示 負 荷 処理結果 パルサー 出力信号 割り込み信号 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 I/O ボード 割り込み 処理 検知 6 実験内容① ・ 負荷あり • 負荷なし 割り込み応答速度 実験 1. 割り込みが入ったときのデータをメ Linux モリ上の配列に取り込み、それを ユーザー空間に転送（転送負荷）。 RTLinux ４つのOSで 2. ユーザー空間に転送されたデータ 比較 を10 msおきに画面表示させる。 MS-DOS （表示負荷） Win-DOS 割り込み 信号 3. 無限ループの計算をさせておく （CPU負荷）。 時間差を測定 割り込み応答反応速度と 4. ばらつきを比較。 割り込み処理を行う間、NFSを用 いて絶えずデータを他のコン ピュータに転送する（ネット負荷）。 速度が速く、ばらつき が少ないほどいい 各負荷を与えた計測は Linux、RTLinuxのみ。 割り込み処理信号 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 7 割り込み応答速度測定結果 -負荷なし10 counts 10 10 4 MS-DOS 3 Win-DOS 2 Linux 10 10 1 RTLinux 0 0 5 10 15 20 time (m sec) 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 8 割り込み応答平均速度測定結果 負荷なし RTLinux Linux 2 μs 6 μs 標準偏差 CPU負荷 ネット負荷 6 7 8 9 10 11 12 13 time (μs) 14 15 16 17 18 RTLinux Linux 負荷なし CPU負荷 ネット負荷 負荷なし CPU負荷 ネット負荷 最大値 18.5 28.0 35.5 21.0 74.5 86.5 最小値 8.00 8.50 8.50 8.00 8.50 8.50 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 9 割り込み応答速度実験 ＜負荷をかけない場合＞ 割り込み平均応答速度が一番速い MS-DOS 割り込み応答速度のばらつきがない RTLinux ＜負荷をかけた場合＞ RTLinuxがばらつきも少なく、安定している 平均速度も速い 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 10 実験内容② 割り込み信号の 数え落とし 割り込み信号の数え落としの 発生率 計測 各周波数 10 kHz、30 kHz、50 kHz、70kHz 負荷なし、負荷ありの比較 信頼性 14 Feb 2003 負荷は割り込み応答速度の ときのものと同じ 環境計測 卒論発表会 11 割り込み信号の数え落とし 測定結果 RTLinux 割り込み Linux 信号の 負荷 メモリ 表示 CPU ネット 負荷 メモリ 表示 周波数 なし 転送 負荷 負荷 負荷 なし 転送 負荷 30 kHz 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 50 kHz 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08 0.13 70 kHz 0.00 0.00 0.13 0.09 0.80 0.07 0.13 0.67 CPU ネット 負荷 負荷 0.00 0.00 0.16 1.70 0.28 6.88 単位 (%) RTLinuxは50 kHzでも数え落としが発生しない Linuxに比べ割り込みの数え落としの発生率は極めて少ない RTLinuxの計測における信頼性を実証 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 12 結論 RTLinuxは 割り込み応答速度実験 割り込み応答速度は非常に安定 ばらつきがない 割り込みの数え落とし実験 50 kHzまで数え落としはない 信頼性がある 放射線計測システムを作製可能 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 13 おしまい 放射線計測システム概要 本研究の目的 RTLinuxとは RTLinuxの処理の流れ 計測システム 割り込み応答速度実験 まとめ 割り込み信号の数え落とし実験 割り込み信号の数え落とし 測定結果 結論 実験概要 割り込み応答速度実験 割り込み応答速度実験 測定結果 ‐負荷なし‐ 割り込み応答平均速度 測定結果 14 Feb 2003 環境計測 卒論発表会 14