Dans un article précédent, j’indiquais que le support des interruptions déclenchées par les ports GPIO du Raspberry Pi n’était pas encore satisfaisant sous Xenomai en utilisant un driver RTDM. Depuis quelques semaines  Paul Corner travaille sur le sujet, et il a finalement résolu le problème mercredi dernier. Comme nous le soupçonnions, il y avait un conflit entre le gestionnaire d’interruptions de Xenomai et celui de Linux (qui restait anormalement installé).

Les patches de Paul n’ont pas encore été intégrés dans Xenomai (mais je suppose qu’ils le seront dans les jours à venir). En attendant, voici comment obtenir de meilleurs résultats que précédemment.

Xenomai 2.6.2.1 avec Linux 3.5.7

Récupérons les sources mainline de Linux 3.5.7 et la dernière version de Xenomai.

[~]$ cd ~/Projets/
[Projets]$ mkdir Xenomai-RPI
[Projets]$ cd Xenomai-RPI/
[Xenomai-RPI]$ wget http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.5.7.tar.bz2
--2013-02-15 09:47:09--  http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.5.7.tar.bz2
Résolution de www.kernel.org (www.kernel.org)... 149.20.4.69, 149.20.20.133
Connexion vers www.kernel.org (www.kernel.org)|149.20.4.69|:80... connecté.
requête HTTP transmise, en attente de la réponse... 200 OK
Longueur: 80996724 (77M) [application/x-bzip2]
Sauvegarde en : «linux-3.5.7.tar.bz2»

100%[=================================================>] 80 996 724  1,29M/s   ds 69s     

2013-02-15 09:48:18 (1,12 MB/s) - «linux-3.5.7.tar.bz2» sauvegardé [80996724/80996724]

[Xenomai-RPI]$ wget http://download.gna.org/xenomai/stable/xenomai-2.6.2.1.tar.bz2
--2013-02-15 09:50:15--  http://download.gna.org/xenomai/stable/xenomai-2.6.2.1.tar.bz2
Résolution de download.gna.org (download.gna.org)... 78.40.125.79
Connexion vers download.gna.org (download.gna.org)|78.40.125.79|:80... connecté.
requête HTTP transmise, en attente de la réponse... 200 OK
Longueur: 22647120 (22M) [application/x-bzip2]
Sauvegarde en : «xenomai-2.6.2.1.tar.bz2»

100%[=================================================>] 22 647 120  1,31M/s   ds 17s     

2013-02-15 09:50:32 (1,31 MB/s) - «xenomai-2.6.2.1.tar.bz2» sauvegardé [22647120/22647120]

[Xenomai-RPI]$

Décompressons et préparons les sources de Linux en utilisant le patch correspondant dans ceux proposés par Xenomai.

[Xenomai-RPI]$ tar xjf linux-3.5.7.tar.bz2 
[Xenomai-RPI]$ tar xjf xenomai-2.6.2.1.tar.bz2 
[Xenomai-RPI]$ xenomai-2.6.2.1/scripts/prepare-kernel.sh --linux=./linux-3.5.7 --arch=arm --adeos=xenomai-2.6.2.1/ksrc/arch/arm/patches/ipipe-core-3.5.7-arm-3.patch 
patching file arch/arm/Kconfig
patching file arch/arm/boot/compressed/decompress.c
patching file arch/arm/boot/compressed/head.S
patching file arch/arm/boot/compressed/string.c
patching file arch/arm/common/gic.c
[...]
patching file mm/mmap.c
patching file mm/mmu_context.c
patching file mm/mprotect.c
patching file mm/vmalloc.c
[Xenomai-RPI]$

Appliquons les patches de Paul Corner. En attendant qu’ils soient intégrés dans Xenomai, je vous en propose une copie sur ce site.

[Xenomai-RPI]$ wget https://www.blaess.fr/christophe/files/article-2013-02-15/Paul\'s-patches.tar.bz2
--2013-02-15 09:57:25--  https://www.blaess.fr/christophe/files/article-2013-02-15/Paul's-patches.tar.bz2
Résolution de www.blaess.fr (www.blaess.fr)... 213.186.33.17
Connexion vers www.blaess.fr (www.blaess.fr)|213.186.33.17|:80... connecté.
requête HTTP transmise, en attente de la réponse... 200 OK
Longueur: 456155 (445K) [application/x-bzip2]
Sauvegarde en : «Paul's-patches.tar.bz2»

100%[=================================================>] 456 155     1,01M/s   ds 0,4s    

2013-02-15 09:57:26 (1,01 MB/s) - «Paul's-patches.tar.bz2» sauvegardé [456155/456155]

[Xenomai-RPI]$ tar xjf Paul\'s-patches.tar.bz2 
[Xenomai-RPI]$ ls "Paul's patches/"
0001-Raspberry-Pi-bcm2835-bcm2708-support-added.patch
0002-Use-correct-module_param-data-type-in-lirc_rpi.c.patch
0003-Default-config.-Minimal-set-of-modules-enabled-along.patch
0004-Switch-to-using-a-chained-interrupt-handler-for-GPIO.patch
[Xenomai-RPI]$

Quatre patches, donc, à appliquer successivement sur le noyau Linux déjà modifié pour Xenomai. Le premier ajoute le support pour le Raspberry Pi.

[linux-3.5.7]$ patch -p1 < ../Paul\'s\ patches/0001* 
patching file Documentation/kernel-parameters.txt
patching file arch/arm/Kconfig
patching file arch/arm/Kconfig.debug
patching file arch/arm/Makefile
Hunk #2 FAILED at 310.
1 out of 2 hunks FAILED -- saving rejects to file arch/arm/Makefile.rej
[...]
patching file drivers/Makefile
Reversed (or previously applied) patch detected!  Assume -R? [n] (Entrée)
Apply anyway? [n] (Entrée)
Skipping patch.
1 out of 1 hunk ignored -- saving rejects to file drivers/Makefile.rej
patching file drivers/base/dma-mapping.c
patching file drivers/char/Kconfig
patching file drivers/char/Makefile
patching file drivers/char/broadcom/Kconfig
[...]
patching file include/linux/sizes.h
patching file include/linux/vmalloc.h
patching file init/Kconfig
Reversed (or previously applied) patch detected!  Assume -R? [n] (Entrée)
Apply anyway? [n] (Entrée)
Skipping patch.
1 out of 1 hunk ignored -- saving rejects to file init/Kconfig.rej
patching file kernel/Makefile
Reversed (or previously applied) patch detected!  Assume -R? [n] (Entrée)
Apply anyway? [n] (Entrée)
Skipping patch.
1 out of 1 hunk ignored -- saving rejects to file kernel/Makefile.rej
patching file kernel/module.c
patching file mm/vmalloc.c
patching file sound/arm/Kconfig
patching file sound/arm/Makefile
patching file sound/arm/bcm2835-ctl.c
[...]
[linux-3.5.7]$

Comme on peut le voir il y a quelques rejets, il s’agit de problèmes bénins, et l’on peut sans risque presser simplement Entrée lorsque patch nous interroge sur la conduite à tenir.

Le second patch permet d’éliminer un avertissement à la compilation et le troisième offre une configuration par défaut pour le Raspberry Pi. Ces deux patches ne sont pas obligatoires.

[linux-3.5.7]$ patch -p1 < ../Paul\'s\ patches/0002* 
patching file drivers/staging/media/lirc/lirc_rpi.c
[linux-3.5.7]$ patch -p1 < ../Paul\'s\ patches/0003* 
patching file arch/arm/configs/bcmrpi_defconfig
[linux-3.5.7]$

Enfin le quatrième patch est celui qui corrige l’erreur dans le gestionnaire d’interruption GPIO qui nous posait tant de soucis jusqu’à présent.

[linux-3.5.7]$ patch -p1 < ../Paul\'s\ patches/0004* 
patching file arch/arm/mach-bcm2708/armctrl.c
patching file arch/arm/mach-bcm2708/bcm2708_gpio.c
[linux-3.5.7]$

Les quatre patches étant appliqués nous pouvons compiler le noyau – par exemple en utilisant la configuration par défaut créée par Paul.

[linux-3.5.7]$ make ARCH=arm help
Cleaning targets:
  clean		  - Remove most generated files but keep the config and
                    enough build support to build external modules
  mrproper	  - Remove all generated files + config + various backup files
  distclean	  - mrproper + remove editor backup and patch files
[...]
  at91x40_defconfig        - Build for at91x40
  badge4_defconfig         - Build for badge4
  bcmring_defconfig        - Build for bcmring
  bcmrpi_defconfig         - Build for bcmrpi
  bonito_defconfig         - Build for bonito
  cam60_defconfig          - Build for cam60
[...]
Execute "make" or "make all" to build all targets marked with [*] 
For further info see the ./README file
[linux-3.5.7]$ make ARCH=arm bcmrpi_defconfig
  HOSTCC  scripts/basic/fixdep
  HOSTCC  scripts/kconfig/conf.o
  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.tab.c
  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.lex.c
  SHIPPED scripts/kconfig/zconf.hash.c
  HOSTCC  scripts/kconfig/zconf.tab.o
  HOSTLD  scripts/kconfig/conf
#
# configuration written to .config
#
[linux-3.5.7]$

Personnellement, je préfère un fichier de configuration personnalisé légèrement différent (j’utilise une console série et pas d’écran vidéo, mon système de fichiers est formaté en ext2 et pas en ext4, etc.)

[linux-3.5.7]$ wget https://www.blaess.fr/christophe/files/article-2013-02-15/config-linux-3.5.7-xenomai
--2013-02-15 10:52:24--  https://www.blaess.fr/christophe/files/article-2013-02-15/config-linux-3.5.7-xenomai
Résolution de www.blaess.fr (www.blaess.fr)... 213.186.33.17
Connexion vers www.blaess.fr (www.blaess.fr)|213.186.33.17|:80... connecté.
requête HTTP transmise, en attente de la réponse... 200 OK
Longueur: 58181 (57K) [text/plain]
Sauvegarde en : «config-linux-3.5.7-xenomai»

100%[=================================================>] 58 181      --.-K/s   ds 0,09s   

2013-02-15 10:52:24 (634 KB/s) - «config-linux-3.5.7-xenomai» sauvegardé [58181/58181]

[linux-3.5.7]$ mv config-linux-3.5.7-xenomai .config
[linux-3.5.7]$ make ARCH=arm menuconfig

On peut vérifier quelques options puis quitter avant de compiler le kernel.

[linux-3.5.7]$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=/usr/local/cross/rpi/bin/arm-linux- -j 4
scripts/kconfig/conf --silentoldconfig Kconfig
WRAP arch/arm/include/generated/asm/auxvec.h
WRAP arch/arm/include/generated/asm/bitsperlong.h
WRAP arch/arm/include/generated/asm/cputime.h
WRAP arch/arm/include/generated/asm/errno.h
[...]
LD [M] lib/zlib_deflate/zlib_deflate.ko
LD [M] lib/zlib_inflate/zlib_inflate.ko
LD [M] net/core/pktgen.ko
LD [M] net/key/af_key.ko
[linux-3.5.7]$

Évidemment la compilation suppose la présence d’une cross-toolchain à l’emplacement indiqué dans la variable CROSS_COMPILE.

Le noyau se trouve dans arch/arm/boot/zImage, je le transfère sur le Raspberry Pi (qui est déjà allumé) en le renommant en kernel.img.

[linux-3.5.7]$ scp arch/arm/boot/zImage root@192.168.5.28:/boot/kernel.img
root@192.168.5.28's password: 
zImage                                                   100% 2553KB   2.5MB/s   00:01    
[linux-3.5.7]$

Les modules du noyau peuvent être regroupés ainsi :

[linux-3.5.7]$ make ARCH=arm INSTALL_MOD_PATH=./modules-rpi modules_install
  INSTALL crypto/aes_generic.ko
  INSTALL crypto/arc4.ko
  INSTALL crypto/authenc.ko
[...]
  INSTALL net/core/pktgen.ko
  INSTALL net/key/af_key.ko
  DEPMOD  3.5.7-core
[linux-3.5.7]$ cd modules-rpi/
[modules-rpi]$ ls
lib
[modules-rpi]$ tar cjf modules-rpi.tar.bz2 lib/
[modules-rpi]$

Je transfère l’archive sur le Raspberry Pi et je la décompresse à la racine du système de fichiers.

[modules-rpi]$ scp modules-rpi.tar.bz2 root@192.168.5.28:/
root@192.168.5.28's password: 
modules-rpi.tar.bz2                                    100%  898KB 897.7KB/s   00:00    
[modules-rpi]$ ssh root@192.168.5.28
root@192.168.5.28's password: 
root@R-Pi [/root]# cd /
root@R-Pi [/]# tar xjf modules-rpi.tar.bz2 
root@R-Pi [/]# reboot
Connection to 192.168.5.28 closed by remote host.
Connection to 192.168.5.28 closed.
[modules-rpi]$ cd ..
[linux-3.5.7]$

Compilons maintenant les composants de l'espace utilisateur de Xenomai. [linux-3.5.7]$ cd ../xenomai-2.6.2.1/
[xenomai-2.6.2.1]$ PATH=$PATH:/usr/local/cross/rpi/bin/
[xenomai-2.6.2.1]$ ./configure --host=arm-linux CFLAGS='-march=armv6' LDFLAGS='-march=armv6'
configure: WARNING: if you wanted to set the --build type, don't use --host.
If a cross compiler is detected then cross compile mode will be used
checking build system type... i686-pc-linux-gnu
checking host system type... arm-unknown-linux-gnu
[...]
config.status: linking ./include/asm-arm to src/include/asm/xenomai
config.status: linking ./include/asm-generic to src/include/asm-generic/xenomai
config.status: executing depfiles commands
config.status: executing libtool commands
[xenomai-2.6.2.1]$ make
Making all in src make[1]: entrant dans le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1/src » 
Making all in include make[2]: entrant dans le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1/src/include »
[...]
make[1]: Rien à faire pour « all-am ».
make[1]: quittant le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1 »
[xenomai-2.6.2.1]$ make DESTDIR=$(pwd)/RPI install
Making install in src
make[1]: entrant dans le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1/src »
Making install in include
make[2]: entrant dans le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1 »
[...]
sudo found (sudo is sudo), testing it...
[sudo] password for cpb:
sudo is working.
make[2]: Rien à faire pour « install-data-am ».
make[2]: quittant le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1 »
make[1]: quittant le répertoire « /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1 »
[xenomai-2.6.2.1]$

On peut transférer les éléments utiles sur le Raspberry Pi. Dans cet article ils ne nous serviront pas car nous écrirons uniquement un module kernel avec RTDM.

[xenomai-2.6.2.1]$ cd RPI/
[RPI]$ tar cjf xenomai-rpi.tar.bz2 usr/xenomai/bin/ usr/xenomai/sbin/ usr/xenomai/lib/
[RPI]$ scp xenomai-rpi.tar.bz2 root@192.168.5.28:/ 
root@192.168.5.28's password: 
xenomai-rpi.tar.bz2                                      100%  330KB 329.8KB/s   00:01    
[RPI]$ ssh root@192.168.5.28
root@192.168.5.28's password: 
root@R-Pi [/root]# cd /
root@R-Pi [/]# tar xjf xenomai-rpi.tar.bz2 
root@R-Pi [/]# exit
Connection to 192.168.5.28 closed.
[RPI]$

Module RTDM

Nous pouvons réutiliser le module irq-gpio-rtdm.c de l’article du 26 janvier dernier avec quelques légères modifications.

irq-gpio-rtdm.c
#include <linux/fs.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/module.h>

#include <rtdm/rtdm_driver.h>

// GPIO IN 23 -> Broche 16
#define GPIO_IN  23
// GPIO OUT 22 -> Broche 15
#define GPIO_OUT 22

static rtdm_irq_t irq_rtdm;

static int handler_interruption(rtdm_irq_t * irq)
{
    static int value = 0;
    gpio_set_value(GPIO_OUT, value);
    value = 1 - value;
    return RTDM_IRQ_HANDLED;
}

static int __init exemple_init (void)
{
    int err;

    int numero_interruption = gpio_to_irq(GPIO_IN);

    if ((err = gpio_request(GPIO_IN, THIS_MODULE->name)) != 0) {
        return err;
    }
    if ((err = gpio_direction_input(GPIO_IN)) != 0) {
        gpio_free(GPIO_IN);
        return err;
    }
    if ((err = gpio_request(GPIO_OUT, THIS_MODULE->name)) != 0) {
        gpio_free(GPIO_IN);
        return err;
    }
    if ((err = gpio_direction_output(GPIO_OUT, 1)) != 0) {
        gpio_free(GPIO_OUT);
        gpio_free(GPIO_IN);
        return err;
    }

    irq_set_irq_type(numero_interruption,  IRQF_TRIGGER_RISING);

    if ((err = rtdm_irq_request(& irq_rtdm, 
                     numero_interruption, handler_interruption, 
                     RTDM_IRQTYPE_EDGE,
                     THIS_MODULE->name, NULL)) != 0) {
        gpio_free(GPIO_OUT);
        gpio_free(GPIO_IN);
        return err;
    }
    return 0; 
}

static void __exit exemple_exit (void)
{
    rtdm_irq_free(& irq_rtdm);
    gpio_free(GPIO_OUT);
    gpio_free(GPIO_IN);
}

module_init(exemple_init);
module_exit(exemple_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

Le fichier Makefile est le suivant, il vous faudra ajuster les portions soulignées des chemins pour correspondre au répertoire que vous avez utilisé pour l’ensemble de ces tests.

Makefile
EXTRA_CFLAGS := -I /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1/RPI/usr/xenomai/include/

ifneq (${KERNELRELEASE},)
    obj-m += irq-gpio-rtdm.o
else
    ARCH ?= arm
    CROSS_COMPILE ?= /usr/local/cross/rpi/bin/arm-linux-
    KERNEL_DIR = /home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/linux-3.5.7
    MODULE_DIR := $(shell pwd)
    CFLAGS := -Wall -g 

.PHONY: all
all:: modules

.PHONY: modules
modules:
    ${MAKE} ARCH=${ARCH} CROSS_COMPILE=${CROSS_COMPILE} -C ${KERNEL_DIR} SUBDIRS=${MODULE_DIR}  modules

XENOCONFIG=/home/cpb/Projets/Xenomai-RPI/xenomai-2.6.2.1/RPI/usr/xenomai/bin/xeno-config

.PHONY: clean
clean::
    rm -f  *.o  .*.o  .*.o.* *.ko  .*.ko  *.mod.* .*.mod.* .*.cmd *~
    rm -f Module.symvers Module.markers modules.order 
    rm -rf .tmp_versions
endif

Résultats

Les résultats sont très concluants. Avec des observations à l’oscilloscope, on voit que la latence typique pour la réponse à une interruption GPIO est comprise entre 3 et 5 micro-secondes comme en témoigne la capture ci-dessous.

Je ne connais pas encore la latence maximale, mais à première vue avec un système bien chargé elle ne semble pas dépasser la quinzaine de micro-secondes. Je ferai des mesures plus précises dans les jours à venir.

Conclusion

La maintenance des patches Xenomai pour le Raspberry Pi est compliquée par le fait qu’il n’y a pas encore de support mainline pour cette carte. Certaines rumeurs parlent d’une intégration dans le kernel Linux 3.10, mais rien n’est sûr encore. En attendant, savoir qu’il existe des patches externes permettant d’obtenir des résultats très acceptables en terme de temps réel est plutôt rassurant même si la mise en œuvre est légèrement plus compliquée que pour d’autres plates-formes.