一、简介：为什么要给飞腾做“实时体检”？

• 国产芯趋势：能源 PLC、矿山集控、车载 ECC 纷纷选用飞腾（FT-1500A/FT-2000/4），但芯片微架构、Cache 拓扑与 x86 不同，默认内核配置无法发挥实时性能。

• 痛点场景：

  • 变电站测控装置：GOOSE 消息 1 ms 内不响应 → 保护误动。

  • 轨道计轴系统：中断延迟 > 50 μs → 丢轴计数，影响行车安全。

• 掌握测试+优化技能 = 让“国产芯+实时Linux”真正落地，替代传统 DSP/FPGA 方案，硬件成本降 40%，供应链安全可控。

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二、核心概念：5 个关键词先搞懂

关键词	一句话说明	飞腾平台注意点
PREEMPT_RT	Linux 实时补丁，将中断线程化、自旋锁变互斥锁	需配合飞腾 ARCH=arm64 配置
cyclictest	实时延迟基准工具，测 IRQ→任务唤醒时间	本文用 RT-Tests 2.5
调度延迟	任务就绪→获得 CPU 的间隔，SIL 2 要求 < 100 μs	受 CPU 变频、NUMA 影响
DCVS	飞腾动态调频，默认开启 → 延迟抖动大	测试前建议锁定频率
可伸缩拓扑	飞腾 64 核采用 4 × Cluster	taskset 绑核时避免跨 Cluster

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三、环境准备：10 分钟搭好“飞腾测试工作台”

1. 硬件

• CPU：飞腾 FT-2000/4 或 FT-1500A（arm64 v8）

• 内存 ≥ 8 GB，SSD ≥ 128 GB，预留网口 × 2（千兆+千兆）

2. 软件

组件	版本	安装命令
OS	Ubuntu 20.04 for ARM	飞腾官网镜像
实时内核	linux-5.15.71-rt53	见下文一键脚本
测试套件	rt-tests 2.5	apt install rt-tests
性能工具	perf, tuna, taskset	apt install linux-tools-common
交叉编译	gcc-aarch64-linux-gnu	可选，嵌入式板子

3. 一键安装 RT 内核（可复制）

#!/bin/bash
# install_ft_rt.sh
set -e
VER=5.15.71
RT_PATCH=patch-5.15.71-rt53.patch.xz
wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v${VER}/linux-${VER}.tar.xz
wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v${VER}/${RT_PATCH}
tar -xf linux-${VER}.tar.xz
cd linux-${VER}
xzcat ../${RT_PATCH} | patch -p1
cp /boot/config-$(uname -r) .config
make ARCH=arm64 olddefconfig
./scripts/config --set-val CONFIG_PREEMPT_RT y
make ARCH=arm64 -j$(nproc) deb-pkg
sudo dpkg -i ../linux-*.deb
sudo reboot

重启选 RT 内核进入，确认：

uname -r   # 5.15.71-rt53

4. 创建实验目录

mkdir -p ~/ft-rt-bench && cd ~/ft-rt-bench

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四、应用场景（300 字）

某 220 kV 智能变电站采用飞腾 FT-2000/4 作为就地测控单元，运行 PREEMPT_RT Linux。系统需同时完成：

1. GOOSE 报文硬实时接收→解析→出口继电器，端到端 ≤ 1 ms；

2. 1588 对时误差 < 250 ns；

3. 后台 104 规约并发 256 台客户端，CPU 占用 < 60%。

通过本文测试脚本，现场工程师 30 分钟输出“延迟-负载”曲线，发现 DCVS 导致 0.8 ms 抖动；锁定频率并绑核后，延迟降至 82 μs，顺利通过电网科院型式试验，实现国产芯替代 DSP 方案，单装置成本下降 35%，且供应链完全自主可控。

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五、实际案例与步骤：从“跑基准”到“出报告”

每条命令可直接复制，保存为 run.sh 一键执行。

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5.1 基础信息采集

#!/bin/bash
# info.sh
echo "=== CPU 信息 ==="
lscpu | grep -E "Model name|Architecture|CPU\\(s\\)"
echo "=== 内核配置 ==="
grep PREEMPT /boot/config-$(uname -r)
echo "=== 当前频率 ==="
cat /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_cur_freq

作用：记录硬件与内核版本，报告首页贴截图。

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5.2 实时延迟测试（cyclictest）

# latency.sh
sudo cyclictest -p99 -i100 -d60s -m -Sp90 -q | tee cyclictest.log

参数说明：

• -p99 最高优先级，避免被其他任务抢占

• -d60s 采样 60 秒，现场可延长到 600 s

• -m 锁内存，防止 swap 干扰

结果示例：

T: 0 ( 1234) P:99 I:100 C: 600000 Min: 12 Act: 18 Avg: 20 Max: 82

Max=82 μs < 100 μs → 满足 SIL 2 要求。

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5.3 负载压力叠加（stress-ng）

# load.sh
stress-ng --cpu 4 --io 2 --vm 2 --vm-bytes 256M --timeout 60s &
sudo cyclictest -p99 -i100 -d60s -m -q | tee cyclictest_load.log
killall stress-ng

观察：满载下 Max 延迟是否仍 < 100 μs；若超标 → 进入第 6 节优化。

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5.4 网络/IO 性能

A. 千兆网小包转发

# 需要另一台 PC 打流
sudo ethtool -G eth0 rx 4096 tx 4096   # 增大环形缓冲区
sudo pktgen_sample.sh 1000mb 1000000   # 发送 1M 个 64 B 包

B. 磁盘 IO 延迟（实时日志）

sudo fio --name=rt-log --rw=randwrite --bs=4k --size=100m --direct=1 \
         --ioengine=libaio --iodepth=1 --runtime=60s --group_reporting

关注 clat 平均延迟，> 2 ms 需换 SSD 或 ext4 → xfs。

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5.5 一键生成 HTML 报告

# report.sh
gnuplot -e "set terminal html; set output 'latency.html'; plot 'cyclictest.log' using 2 title 'Latency/us'"
echo "报告已生成，打开 latency.html 查看"

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六、性能优化方法与最佳实践

1. 关闭 CPU 变频

   echo performance | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

2. 隔离核
   内核参数 isolcpus=2,3 + rcu_nocbs=2,3
   实时任务绑定：taskset -c 2 ./your_rt_app

3. 中断亲和

   echo 1 > /proc/irq/24/smp_affinity   # 把网卡中断绑到 Core0，远离实时核

4. 禁用不必要驱动
   内核配置关闭 CONFIG_USB_CONFIGFS_F_FS，减少关中断时间。

5. 使用 tuna 图形化调整

   sudo tuna -c 2-3 -i eth0 -x   # 把 eth0 中断从 2-3 移走

6. 大页+锁内存

   mlockall(MCL_CURRENT | MCL_FUTURE);

7. 日志异步化
   实时线程不写磁盘；使用 ringbuf + low-prio 后台线程批量落盘。

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七、常见问题与解答（FAQ）

问题	现象	解决
cyclictest Max > 1 ms	变频未关	确认 governor=performance
网络小包丢包	rx_errors 增加	增大 ring buffer + 绑中断
报告中文乱码	HTML 无 meta	加 <meta charset="utf-8">
隔离核后 SSH 连不上	孤立核含 Core0	留 Core0 给系统， isolcpus=2,3
fio 报“Read-only”	在容器内	宿主机或 --privileged 启动

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八、总结：一张脑图带走全部要点

飞腾实时性能测试
├─ 环境：RT 内核 + 关闭变频 + 隔离核
├─ 工具：cyclictest + stress-ng + fio + tuna
├─ 指标：延迟 < 100 μs，网络不丢包，IO clat < 2 ms
├─ 优化：锁内存、大页、中断亲和、驱动裁剪
└─ 报告：HTML 可视化 + 版本记录

国产芯 + 实时 Linux 不再是“能用”，而是“好用”且“可控”。
把本文脚本 push 到你的 GitLab，下次面对电网、矿山、轨交客户，只需 30 分钟就能交出一份带数字签名的性能报告——让“自主可控”真正落地，也让飞腾平台在关键基础设施中跑得更快、更稳、更安全！