RTOS 系统实时性能指标

衡量一个 RTOS 系统的实时性，通常有一些常见的指标，包括上下文切换时间、任务抢占时间、中断延迟时间、信号量混洗时间、死锁解除时间、信息传输延迟。本文将为你介绍这些实时性能的指标的具体含义。

上下文切换时间

上下文切换时间也称任务切换时间（task switching time），定义为系统在两个独立的、处于就绪态并且具有相同优先级的任务之间切换所需要的时间。它包括三个部分，即保存当前任务上下文的时间、调度程序选中新任务的时间和恢复新任务上下文的时间。切换所需的时间主要取决于保存任务上下文所用的数据结构以及操作系统采用的调度算法的效率。产生任务切换的原因可以是资源可得，信号量的获取等。任务切换是任一多任务系统中基本效率的测量点，它是同步的，非抢占的，实时控制软件实现了一种基于同等优先级任务的时间片轮转算法。影响任务切换的因素有：主机 CPU 的结构，指令集以及 CPU 特性。

任务切换过程增加了应用程序的额外负荷。CPU 的内部寄存器越多，额外负荷就越重。任务切换所需要的时间取决于 CPU 有多少寄存器要入栈。实时内核的性能不应该以每秒钟能做多少次任务切换来评价，RTOS 中通常是1微秒左右。

任务抢占时间

抢占时间即系统将控制权从低优先级的任务转移到高优先级任务所花费的时间。为了对任务进行抢占，系统必须首先识别引起高优先级任务就绪的事件，比较两个任务的优先级，最后进行任务的切换，所以抢占时间中包括了任务切换时间。

它和任务切换有些类似，但是抢占时间通常花费时间更长。这是因为执行中首先要确认唤醒事件，并评估正在运行的任务和请求运行的任务的优先级高低，然后才决定是否切换任务。实质上，所有的多处理任务可以在执行期间动态分配优先级，所以，抢占时间也是衡量实时性能的重要指标。

中断延迟时间

中断延迟时间是指从接收到中断信号到操作系统做出响应，并完成进入中断服务例程所需要的时间。多任务操作系统中，中断处理首先进入一个中断服务的总控程序，然后才进入驱动程序的 ISR。 $$ 中断延迟时间 = 最大关中断时间 + 硬件开始处理中断到开始执行中断服务例程第一条指令之间的时间 $$ 硬件开始处理中断到开始执行中断服务例程的第一条指令之间的时间由硬件决定，所以，中断延迟时间的长短主要取决于最大关中断的时间。硬实时操作系统的关中断时间通常是几微秒，而Linux最坏可达几毫秒。

信号量混洗时间

信号量混洗时间（semaphore shuffling time），是指从一个任务释放信号量到另一个等待该信号量的任务被激活的时间延迟。在 RTOS 中，通常有许多任务同时竞争某一共享资源，基于信号量的互斥访问保证了任一时刻只有一个任务能够访问公共资源。信号量混洗时间反映了与互斥有关的时间开销，因此也是衡量 RTOS 实时性能的一个重要指标。

死锁解除时间

死锁解除时间（deadlock breaking time），即系统解开处于死锁状态的多个任务所需花费的时间。死锁解除时间反映了 RTOS 解决死锁的算法的效率。

信息传输延迟

信息传输延迟（datagram throuShput time），指一个任务通过调用 RTOS 的消息队列，把数据传送到另一个任务去时，每秒可以传送的字节数。