12 · 部署与调优（ARM64）：让 RT 内核真正拿到 10 µs 级延迟

结论：RT 内核提供的是「可抢占的内核」，不是「不被打扰的 CPU」。ARM64 上要把最坏延迟压到 10–50 µs，还需要四层配合：固件与电源管理收口（ARM64 没有 SMI，但有 EL3 安全世界、PSCI 深度 idle、DVFS/SCMI 这些等价噪声源）、CPU 分区（isolcpus/nohz_full/rcu_nocbs/irqaffinity，big.LITTLE 平台选大核簇）、优先级栅格（内核自建 FIFO 线程一律 50，必须重排）、应用侧（锁内存、预分配、PI 互斥锁、钉核）。x86 的 intel_idle.max_cstate、processor.max_cstate、tsc=、idle=poll 在 arm64 上不存在，别照抄。

第一层：部署形态

先看结论：RT 内核 + CPU 分区 + 优先级栅格三者叠加才有 10 µs 级；缺任何一个都会被固件 / 中断 / 内核线程的噪声吃掉。

非 RT非 RT 默认：所有 CPU 共享一切

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RTRT 推荐：housekeeping / 隔离 CPU 分区 + 优先级栅格

第二层：抖动来源与检查清单

先看结论：按固件 → 配置 → 启动参数 → 运行时 → 优先级 → 应用 → 验证七层逐层落实，每层都有对应的验证命令。

1. 固件 / SoC（ARM64 的「SMI 等价物」）

2. 内核配置（arm64）

CONFIG_PREEMPT_RT=y（EXPERT=y；arch/arm64/Kconfig:105 提供 ARCH_SUPPORTS_RT）、HZ_1000、NO_HZ_FULL=y、RCU_NOCB_CPU=y、HIGH_RES_TIMERS=y；页大小按需选 ARM64_16K_PAGES/ARM64_64K_PAGES（补偿 THP 缺失）；可选 ARM64_PSEUDO_NMI；ARM_PSCI_CPUIDLE 留意 RT 限制。关 DEBUG_PREEMPT、LOCKDEP、KASAN、DEBUG_RT_MUTEXES、SLUB_CPU_PARTIAL（help 建议）。验证：zcat /proc/config.gz | grep -E 'PREEMPT_RT|NO_HZ_FULL|RCU_NOCB|ARM64_.*_PAGES|PSEUDO_NMI'。

3. 启动参数（arm64）

isolcpus=domain,managed_irq,4-7 nohz_full=4-7 rcu_nocbs=4-7 irqaffinity=0-3 skew_tick=1
cpuidle.off=1 cpufreq.default_governor=performance rcutree.kthread_prio=3
nowatchdog nosoftlockup

（示例为 8 核 big.LITTLE：0–3 小核做 housekeeping，4–7 大核隔离；同构核按需分配。）

验证：cat /sys/devices/system/cpu/isolated、cat /sys/devices/system/cpu/nohz_full、cat /proc/interrupts 隔离列应几乎全 0（只剩 arch timer 与 IPI）。

4. 运行时

sysctl -w kernel.sched_rt_runtime_us=-1      # 取消 95% 限流（kernel/sched/rt.c:17-21 默认 950000）
sysctl -w kernel.timer_migration=0
sysctl -w kernel.sched_energy_aware=0        # big.LITTLE 平台
sysctl -w vm.stat_interval=120
sysctl -w kernel.hung_task_timeout_secs=0
sysctl -w net.core.busy_poll=50 -w net.core.busy_read=50   # 雷达/相机 UDP 高 pps 时（RT 上 NET_RX_BUSY_POLL 默认开）
sysctl -w kernel.printk='3 4 1 3'                          # 降低控制台输出量
systemctl stop irqbalance    # 或 IRQBALANCE_BANNED_CPUS 掩码
echo 0-3 > /proc/irq/default_smp_affinity
for i in /proc/irq/*/smp_affinity_list; do echo 0-3 > $i 2>/dev/null; done
for s in /sys/devices/system/cpu/cpu[4-7]/cpuidle/state[1-9]*/disable; do echo 1 > $s; done   # 未用 cpuidle.off 时

RHEL 用 tuned-adm profile realtime；Ubuntu Pro real-time（有 arm64 版）用对应 tuned profile，两者做的就是上面这些。

5. 线程与中断优先级

内核自己创建的 FIFO 线程一律在 50（kernel/sched/syscalls.c:836-861 的注释：「管理员必须配置系统」）。arm64 上 arch timer（per-CPU）与 IPI 不会被线程化，其余 GIC SPI 中断都有 irq/N-name 线程。建议栅格：

chrt -f -p 85 $(pgrep -f 'irq/.*-eth1')
ps -eo pid,cls,rtprio,psr,comm | grep -E 'irq/|rcuc|ksoftirqd|napi/|pr/'

不要用 99：那是 stopper 与 watchdog 的位置，抢了它们系统会卡死。

6. 应用

• mlockall(MCL_CURRENT | MCL_FUTURE)；启动期触碰全部栈（pthread_attr_setstacksize + 写一遍）与堆；mallopt(M_TRIM_THRESHOLD, -1); mallopt(M_MMAP_MAX, 0)。
• 周期循环用 clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME)（RT 任务走 HARD sleeper，第 05 章；arm64 的 arch timer 分辨率通常 1–24 MHz，精度足够）。
• 线程间互斥用 PTHREAD_PRIO_INHERIT（内核 PI futex）；条件变量配 PI 互斥锁。
• 热路径避免：malloc、printf、文件 I/O、fork、页错误、非确定性系统调用；不要调用会进安全世界的接口（OP-TEE 客户端、SCMI）。
• taskset/pthread_setaffinity_np 把 RT 线程钉在隔离的大核；一颗 CPU 一个主 RT 线程最稳。
• 内核模块作者：不要依赖 local_bh_disable()/spin_lock_irqsave() 的旧语义（RT 上变了，第 02/04 章）；GIC NMI 处理函数只能用 raw 锁。

7. 验证与验收

• cyclictest -m -Sp90 -i200 -h400 -D24h：最大值稳定在目标以内（Neoverse/A76+ 通常 < 50 µs；A53/A55 SoC < 100 µs）。
• osnoise/timerlat 跑隔离 CPU：确认没有 IRQ/softirq/线程噪声；hwlatdetect 确认没有固件停顿。
• 背景压力下（网络、I/O、内存、GPU/显示）重复；升级 TF-A/SCP 固件或驱动后重复。

housekeeping / 隔离的原理、内核实现与友商做法见 第 13 章；自动驾驶 SoC 的完整参数集、三个分区样板与 hypervisor / 功能安全取舍见 第 14 章。

常见坑（ARM64）

小结

• ARM64 的「固件噪声」不是 SMI，而是 EL3 安全世界、PSCI 深度 idle、DVFS/SCMI、SDEI/RAS——用 hwlatdetect 抓，用 cpuidle.off/性能调速器/固件配置收口。
• 四件必做：sched_rt_runtime_us=-1、CPU 分区（big.LITTLE 选大核）、irq 线程优先级重排、应用 mlockall + 预分配。
• x86 参数（intel_idle、tsc=、idle=poll）在 arm64 上无效，别照搬。
• 承上启下：本章是 ARM64 通用方法；第 13 章专讲 housekeeping/隔离（内核实现与友商做法），第 14 章落到自动驾驶 SoC（干扰源、三个分区样板、完整参数集），第 15 章是源码索引，第 16 章是全文小结。