望获实时Linux：亚微秒级系统响应的实现方法
在上一篇文章《最大响应延迟480纳秒，国科环宇推出全球最快的实时Linux》中，我们展示了系统端到端响应达到亚微秒级的实测效果，收获了大量关注。本文给出关键实现路径与工程要点，便于用户快速复现与进一步优化。
Linux凭借强大生态广泛应用于各类场景，但在确定性要求极高的实时领域，仍面临质疑，认为宏内核的复杂度带来了更多的不确定性。本质上，问题来自两个方面：一是内核子系统耦合与多核调度引入的不确定性；二是现代CPU/总线层级深、共享资源多导致的竞争冲突。
本文以ARMv8架构为例，从CPU执行上下文出发，给出望获实时Linux在飞腾派平台实现亚微秒级IO响应的方法。
【Linux极限探索之二】亚微秒级系统响应望获实时Linux的实现方法
设计思路：在隔离核上构建“无切换”执行环境
核心目标是让指定CPU核心始终停留在单一进程上下文，避免一切上下文切换与中断打断，使其行为逼近裸机环境。为此，我们实现了隔离器（Isolator）技术，能够在物理环境上最大程度提升确定性。
实现思路：隔离器 Isolator
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CPU隔离 ：通过isolcpus参数，把隔离核从通用调度中剥离，不运行普通用户态进程。
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最高优先级绑定：将目标进程设置最高优先级99，调度策略为FIFO，同时设置实时任务可以无限制占用CPU。
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中断亲和迁移：用irqaffinity参数把外设中断迁到其他核心，避免影响隔离核。
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冻结系统中断：通过内核改造，屏蔽时钟中断、核间中断等，让隔离核完全脱离现有机制。
硬件级优化：进一步提升实时性
避免Cache未命中：对关键代码用汇编实现，仅使用通用寄存器，尽量不访问内存，以规避DDR访问带来的数百纳秒的延迟。
优化IO地址映射方式：用ioremap_np将IO区设为MT_DEVICE_nGnRnE，禁用缓存、预取与合并，提升可预期性。
中断轮询：外设使能中断，但CPU屏蔽中断响应，通过轮询中断控制器主动获取中断信息，避免中断上下文切换引入的数据读写与处理延迟。
测试 API与测试用例
API说明
int isolator_start(unsigned affinity_cpu); // 开启隔离器
int isolator_rt_irq_pmd_run(unsigned irqnum, unsigned long flags, void (*func)(void)); // 阻塞式进行中断轮询
测试用例gpio_test.ko 流程
Step1：在指定核心调用isolator_start()启用隔离器功能
Step2：实现GPIO复用/方向/中断配置
Step3：以轮询方式运行中断处理函数（代码实现应尽量避免访存与复杂逻辑）
关键实现细节
GPIO 配置
I/O映射：将GPIO0、GPIO1与PAD基地址映射至内核虚拟空间，使用ioremap_np。
复用：GPIO0_0、GPIO1_12切换为GPIO模式。
方向：GPIO1_12输入，GPIO0_0输出。
中断：开启GPIO1_12，选择上升沿触发。
返回：成功0；映射失败-ENOMEM。GPIO 翻转
屏蔽GPIO1_12中断
输出脉冲：GPIO0_0拉高，插入约1000次NOP循环后拉低
恢复GPIO1_12中断并清除挂起
测试结果与提示
24小时连续测试中，最大延迟约500ns、最小约410ns、抖动约90ns。较“极限探索之一”略降，主要原因是本次实现更注重易用性与灵活性。
用户在编写测试代码或者测试过程中，系统其他进程需避免频繁I/O操作引发总线竞争，影响实时性。
本文涉及的实时性优化已集成在 WangHuo v2.4.0 phytium beta版本中，刷写镜像即可开始测试。
测试镜像及测试代码下载地址：望获实时Linux系统
后续我们将持续发布“Linux极限探索”更多内容，敬请关注。
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