在上一篇文章《最大響應延遲480納秒，國科環宇推出全球最快的實時Linux》中，我們展示了系統端到端響應達到亞微秒級的實測效果，收獲了大量關注。本文給出關鍵實現路徑與工程要點，便于用戶快速復現與進一步優化。

Linux憑借強大生態廣泛應用于各類場景，但在確定性要求極高的實時領域，仍面臨質疑，認為宏內核的復雜度帶來了更多的不確定性。本質上，問題來自兩個方面：一是內核子系統耦合與多核調度引入的不確定性；二是現代CPU/總線層級深、共享資源多導致的競爭沖突。

本文以ARMv8架構為例，從CPU執行上下文出發，給出望獲實時Linux在飛騰派平臺實現亞微秒級IO響應的方法。

設計思路：在隔離核上構建“無切換”執行環境

核心目標是讓指定CPU核心始終停留在單一進程上下文，避免一切上下文切換與中斷打斷，使其行為逼近裸機環境。為此，我們實現了隔離器（Isolator）技術，能夠在物理環境上最大程度提升確定性。

實現思路：隔離器 Isolator

CPU隔離 ：通過isolcpus參數，把隔離核從通用調度中剝離，不運行普通用戶態進程。

最高優先級綁定：將目標進程設置最高優先級99，調度策略為FIFO，同時設置實時任務可以無限制占用CPU。

中斷親和遷移：用irqaffinity參數把外設中斷遷到其他核心，避免影響隔離核。

凍結系統中斷：通過內核改造，屏蔽時鐘中斷、核間中斷等，讓隔離核完全脫離現有機制。

硬件級優化：進一步提升實時性

避免Cache未命中：對關鍵代碼用匯編實現，僅使用通用寄存器，盡量不訪問內存，以規避DDR訪問帶來的數百納秒的延遲。

優化IO地址映射方式：用ioremap_np將IO區設為MT_DEVICE_nGnRnE，禁用緩存、預取與合并，提升可預期性。

中斷輪詢：外設使能中斷，但CPU屏蔽中斷響應，通過輪詢中斷控制器主動獲取中斷信息，避免中斷上下文切換引入的數據讀寫與處理延遲。

測試 API與測試用例

API說明

int isolator_start(unsigned affinity_cpu); // 開啟隔離器

int isolator_rt_irq_pmd_run(unsigned irqnum, unsigned long flags, void (*func)(void)); // 阻塞式進行中斷輪詢

測試用例gpio_test.ko 流程

Step1：在指定核心調用isolator_start()啟用隔離器功能

Step2：實現GPIO復用/方向/中斷配置

Step3：以輪詢方式運行中斷處理函數（代碼實現應盡量避免訪存與復雜邏輯）

關鍵實現細節

GPIO 配置

GPIO 翻轉

測試結果與提示

24小時連續測試中，最大延遲約500ns、最小約410ns、抖動約90ns。較“極限探索之一”略降，主要原因是本次實現更注重易用性與靈活性。

用戶在編寫測試代碼或者測試過程中，系統其他進程需避免頻繁I/O操作引發總線競爭，影響實時性。

本文涉及的實時性優化已集成在 WangHuo v2.4.0 phytium beta版本中，刷寫鏡像即可開始測試。

后續我們將持續發布“Linux極限探索”更多內容，敬請關注。

更多信息可搜索“望獲實時Linux”