[問題] 如何固定每個迴圈的執行週期？

[wtchen (沒有存在感的人)]

開發平台(Platform): (Ex: Win10, Linux, ...) 
Raspberry pi model B+ / Raspberry pi 3 model B

編譯器(Ex: GCC, clang, VC++...)+目標環境(跟開發平台不同的話需列出)
gcc 4.9

問題(Question)：

之前希望能固定數據讀取的週期，像這樣：

while(...)
{
    ReadData();
    _usleep(3600);  // 用nanosleep實作，不過單位換成us。
}

ReadData()是讀取sensor的函式，它有可能讀取1-5個sensor
(共用一個I2C，所以要設lock)，
因為每個sensor更新資料的週期又不一樣

void ReadData()
{
    if (out_of_data0) readSensor0();
    if (out_of_data1) readSensor1();
    if (out_of_data2) readSensor2();
    if (out_of_data3) readSensor3();
    if (out_of_data4) readSensor4();
}

其中Sensor0跟Sensor1的週期最短，到沒啥問題。
問題是Sensor2/Sensor3/Sensor4週期比較長，讀取也需要200-400us。
只讀0/1跟5個全讀的所需時間有可能會差到500-600us。

之前為了固定住ReadData()的週期，我是這樣實作的：

....
pthread_create(thread2, readSensor2);  //細節不多寫，會意就好
pthread_create(thread3, readSensor3);
pthread_create(thread4, readSensor4);

void ReadData()
{
    readSensor0();
    readSensor1();
    if (out_of_data2) pthread_cond_signal(&cond[thread1]);  // 喚醒thread2
    if (out_of_data3) pthread_cond_signal(&cond[thread1]);  // 喚醒thread3
    if (out_of_data4) pthread_cond_signal(&cond[thread1]);  // 喚醒thread4
    _usleep(3600);
}

(這幾個thread被設成讀取完自動睡回去，等待下次被喚醒)
意思就是說，做完readSensor0/readSensor1就暫停然後開始計時，
計時的同時被喚醒的readSensor2/readSensor3/readSensor4可以開始工作。

這招讓我的週期變化<1ms
(使用Preempt RT的情況，我想用xenomai應該會更好，等我程式完成的差不多就試)。
不過我不太滿足就是，想找個可以用lock-free的方法。

試過一個方法是這樣：

void ReadData()
{
    uint64_t time1 = get_nsec(); //使用clock_gettime得到當前時間
    if (out_of_data0) readSensor0();
    if (out_of_data1) readSensor1();
    if (out_of_data2) readSensor2();
    if (out_of_data3) readSensor3();
    if (out_of_data4) readSensor4();
    uint64_t time2 = get_nsec();
    _usleep(4000-(int)(time2-time1));
}
就是按兩次碼表，把執行的時間算出來，然後週期扣掉執行時間就是該暫停的時間。
結果發現clock_gettime太頻繁會得到奇怪的結果(不穩定)。


不然還有一個辦法：把整個ReadData()丟到可以被喚醒的thread去

void ReadData()
{
    if (out_of_data0) readSensor0();
    if (out_of_data1) readSensor1();
    if (out_of_data2) readSensor2();
    if (out_of_data3) readSensor3();
    if (out_of_data4) readSensor4();
}

void period()
{
    while(....)
    {
        pthread_cond_signal(&cond[thread_of_ReadData]);
        _usleep(4000);
    }
}

不過有個極小的風險是如果這個thread沒有在暫停的時間內跑完就....

請問還有別的方法可以讓週期的誤差更低？


補充說明(Supplement)：

四軸的程式龜速改寫中，不要催....

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 90.41.211.206
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1478376452.A.BE6.html
※ 編輯: wtchen (90.41.211.206), 11/06/2016 04:25:19
推 EdisonX:  我沒記錯的話, 就算你都不用 delay, 接示波器後會發現
→ EdisonX: 單一 gpio 週期是近 100K , 而且週期變動率會很大.
→ EdisonX:  rpi 的時間我覺得沒很準,在做這東西時建議至少接便宜的
→ EdisonX:  LA 看訊息會比計時的準很多。
→ EdisonX:  我是買淘寶 300~500 ntd，24MHZ, 對 RPI 就夠用了。
→ wtchen: 單一 gpio週期？我之前看有人實測是可以到5MHz以上
→ EdisonX: 也可能我記錯週期吧, 我是用 bcm2835 去做控制。
→ EdisonX: 補一下 , 網路上找到的資料建議驗證, 有些我手邊的情況
→ EdisonX:  和網路找的不一樣。
→ wtchen: 我看到的就是用bcm2835 goo.gl/bK0Cij
→ wtchen: 不過我要求的頻率頂多400Hz，不算多誇張阿
→ wtchen: 便宜的LA大都只吃Windows....
推 EdisonX: 是啊！所以是用 Windows SW 接 LA, Pin 腳接 RPI 沒錯啊
→ EdisonX: 好吧,若您找到穩定的方式,請不吝分享,之前我專案有時效性
→ EdisonX: 發現 PWM 不穩時，就掛一顆 MCU 上去，RPI 和 MCU 交握。
→ wtchen: PWM有現成的chip可以加阿，為何非要MCU?
推 EdisonX:  MCU 不只做 PWM, 還有其他東西要加, 考慮成本當然掛 MCU
→ wtchen: RPi只有一組PWM根本不夠我用，所以我加了顆PCA9685PW
→ wtchen: RPi其實本來能做的事就很少(除非你非用linux不可)
→ wtchen: 不然直接用MCU就好了....
→ EdisonX: 唉.. RPI .. 地獄.. 若可以的話我想轉戰 undo x86
→ wtchen: udoo已經可以買了？
→ wtchen: 是為啥非用RPi不可阿，BBB價位稍高但也跟RPi+MCU差不多了
→ wtchen: 想聽你說RPi的地獄....
推 kevingwn: 試看看
→ kevingwn: uint64_t timer = get_nsec();
→ kevingwn: while (...)
→ kevingwn: {
→ kevingwn:     ReadData();
→ kevingwn:     timer += 4000;
→ kevingwn:     int delay = (int)(timer - get_nsec());
→ kevingwn:     if (delay > 0) _usleep(delay);
→ kevingwn: }
不是不行，是因為我一定得用測量clock_gettime測量每個loop的時間
只要我clock_gettime的間隔太短會出問題
大概try了一下，至少間隔要在1ms以上才會穩定

→ descent: https://goo.gl/WgiaeR 這個 la, 其軟體有 linux 版本
推 firejox: 你的按兩次碼錶的code如果read超過4000 nsec 不就不正
→ firejox: 確了？
→ firejox: 更正 4000us
→ EdisonX: 會用 RPI 是因為它的相機解析度高、傳輸快、cost 低,加上
→ EdisonX: 有 raspicam library 可直接呼叫 , 說 rpi 差也不對 , 只
→ EdisonX: 是我在linux上有很多的不熟悉,像是權限常讓我綁手綁腳.
→ EdisonX: 還有從 rpi2 轉到 rpi3 時 ur 的設定也花了時間, 最後轉
→ EdisonX: 到 rpi3 時必須做整個系統散熱機制,要不 rpi 容易燒掉.
→ EdisonX: 想轉戰udoo純粹是我現在必須開發 rpi/windows 二套 ap,轉
→ EdisonX: 過去後我可以全在vs上做開發,但的確也還有一些問題要解.
→ EdisonX: 補一下,我從rpi2轉到rpi3時,OS從1.4.2升到1.9.2也吃了苦.
→ EdisonX: 當然現在用2.0.0,lib 和設定花了一、二天解掉 @@
→ EdisonX: 現在惱人的反而是在rpi3上寫qt,這時才意識到我被vs慣壞了
→ EdisonX: code::blocks 上掛 qt 我反而不會 debug
→ wtchen: LA這種東西怎麼只要一support linux價錢就10倍起跳？
※ 編輯: wtchen (90.41.211.206), 11/07/2016 01:29:00
→ wtchen: 我在linux寫久了要我跳Windows我也不習慣 XD
※ 編輯: wtchen (90.41.211.206), 11/07/2016 01:34:15