ZHCAAA2A April 2019 – May 2021 AM5706 , AM5708 , AM5716 , AM5718 , AM5726 , AM5728 , AM5729 , AM5746 , AM5748 , AM5749 , TIOL111 , TIOL1113 , TIOL1115 , TPS2660
3 测试结果
如前文所述，在 Linux 上实现 O-Link 或任何其他实时协议存在多种可能性。用户空间或内核空间都可以直接用在运行 Linux 的 Arm Cortex-A15 内核上。此外，也可以在独立于 Linux 的单独内核上实现。但是，IO-Link 有严格的计时要求，必须定期处理，其容差为周期时间的 -0% +10%。为了解哪种实现方式可以达到计时要求，在实现 IO-Link 之前需要先进行一些测试。
图 3-1 用户空间中的计时器为了实现 IO-Link，必须配置一个计时器并由计时器触发通信。为了评估计时精度，需要设置计时器，并且处理程序会切换 GPIO 以查看对外设的访问精度。可通过逻辑分析仪观察计时抖动。
如图 3-1 所示，在应用所包含的用户空间环境中，使用 timer_create 和 timer_settime 创建了一个 100µs 计时器。此计时器在到期时会触发一个 SIGALRM 事件。此事件会记录至一个触发 GPIO 的处理函数。图 3-2 所示为实际计时的直方图。此计时器的平均值 101µs 是令人满意的，但标准偏差 59µs、极端最小值 58µs 以及最大值 4.9ms 则过高，超过 2% 的样本不在图中所示 90µs–110µs 窗口范围之内。这样的表现不符合规范要求。
图 3-2 采用用户空间实现方式时的计时抖动为了在内核空间中进行测试，需要创建一个模块来实例化一个高分辨率计时器，并将这个计时器设置为 100µs，并在每次触发时重新开始计时。使用 hrtimer_init 和 hrtimer_start，则易于进行循环函数调用。如图 3-3 所示，该计时器现在直接在内核中接受处理，它的优先级比在用户空间实现方式中高得多，并且计时冲突更少。
图 3-3 内核空间中的计时器图 3-4 所示为生成的直方图。计时比在用户空间实现方式中要好得多。平均值为 100µs，标准偏差小于 1µs。但是，80µs 和 122µs 的极值仍然过高（虽然小于所捕获的全部样本的 1%）。
图 3-4 采用内核空间实现方式时的计时抖动如图 3-5 所示，使用 SoC 内部具有相同功能的 Cortex M4 之一进行了第三项测试。此处运行 TI RTOS，并可使用 Timer_create 函数来启动计时器。此计时器配置为定期调用某个函数。由于它在单独的内核上运行，因此不会受到 Arm Cortex-A15 正在进行的操作的干扰。
图 3-5 Arm Cortex M4 上的计时器图 3-6 所示为生成的直方图。该图选用 0.01µs 的分辨率来展示计时器的精度，分辨率为 1µs 的直方图只会有一个区间 (bin)。101µs 的最小值和 102µs 的最大值为实现 IO-Link 提供了精确的计时基础。
图 3-6 在单独的 Arm Cortex-M4 上实现时的计时抖动根据这项计时研究的结果可以得出结论：为了结合 Linux 来实现实时协议，需要一个可独立于 Linux 运行的额外 CPU 内核。否则，至少对于 IO-Link 而言，操作系统会导致计时抖动超过规格值。Sitara 器件内部的 IPU 包含两个 Arm Cortex-M4 子系统，每个子系统都有两个内核，适合用于实现此类实时协议。
图 3-7 中显示了 Sitara AM5728 处理器与 IO-Link 器件之间活动通信的 CQ 线路。此处使用的器件具有 COM3 数据速率（230400 波特率）和 1ms 的循环时间。屏幕截图显示了循环的过程数据交换，此处设置为零。通过测量，循环时间为 1.02ms，此值在允许的容差范围内。现在可以从 Linux 系统读取和写入 ISDU，如下所示：
a@BeagleBoard-X15:~$ sudo ./app_host IPU2
ISDU 16 18 bytes: Texas Instruments
ISDU 17 11 bytes: www.ti.com
ISDU 18 41 bytes: TIDA-01437 RGB Signal Light with IO Link
ISDU 19 2 bytes: 1
ISDU 20 11 bytes: TIDA-01437
ISDU 21 9 bytes: 00000000
ISDU 22 7 bytes: HW-V1.0
ISDU 23 20 bytes: FW-V1.0 - COM3 - 1ms
ISDU 24 32 bytes: ********************************此示例读取 ISDU 16 至 24，返回数据和字段长度。
图 3-7 与 TIDA-01437 塔灯之间的 IO-link 通信通过将 IPU 内核用于有严格计时要求的协议，则可轻松将有严格计时要求的协议（例如 IO-Link）集成到 Linux 应用中。在执行与 Linux 应用或内核模块相同的实现方式时，通过移至单独的内核可实现更精确的计时。使用 IPC 框架，无需修改 Linux 内核即可轻松进行软件开发。Sitara 处理器提供集成的 Arm Cortex-M4 内核，这些内核易于使用并且可以很好地满足实时要求。
这种方法使得将 IO-Link 主站和器件集成到 Linux 成为可能，例如可以通过这种方式使得在 Linux 上运行 HALCON 视觉库的视觉传感器具有 IO-Link 接口。