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W05 - Console polling 基线 + CPU 效率对比

周期：2026-07-19 ~ 2026-07-25

分支：console-lichee（Console 基线）→ uart-lichee（CPU 效率基准与收尾）

提交数：13 个

本周工作

Console polling 基线完成

在 console-lichee 分支删除了 async UART（crate、driver、copier、IRQ），替换为 ProcessMode::Polling + InputReader 全功能 polling Console。

验证结果： - QEMU：shell 交互正常，/bin/benchmark 完整运行 - D1 真板：64B 99.0%、256B 99.3%、1024B 99.4% 线速，short_writes=0，drain_errors=0

commit c36544b

async vs Console 吞吐与延迟对比

对四组环境（QEMU/D1 × async/Console）做了 2×2 交叉对比。数据来源：docs/benchmark-report-async.md。

发现：

  • S10 drain-each：两者在 D1 上都接近 115200 bps 上限（96.8%-99.4%），差异 0.6-3.9 个百分点
  • S11 提交速度：async 256B 入队 11,280 KB/s，Console 同步写 11.45 KB/s——差距近 1000 倍。这是 write() 零等待 vs 阻塞 22ms 的架构差异
  • S20 单字节延迟：Console 0.106 ms，async 0.192 ms。Console 的 polling drain 路径更短
  • S21 FIFO 边界：async 在 payload >=15B 时每组出现一次 24-27ms tail（P99 骤升），Console P99 始终接近 P50。async 根因未定位

结论：115200 bps 下两者吞吐已无区分度。async 的价值在 write() 非阻塞返回、RX 支持、并发模型，不在吞吐。

CPU 占用率测量设计

写了 Console 性能与测量设计分析，覆盖 TX/RX 调用链、CPU/idle/内存口径、IRQ-off 窗口、延迟与抖动、QEMU/D1 对照矩阵。当前 benchmark 无 CPU 使用率数据，S40 counter proxy 不能替代百分比。

commit 73b8973

文档体系统一与清理

从 console-lichee 同步 OpenSpec 文档到 uart-lichee，然后清理 console 专属内容：

  • 删除 console-polling-baseline change archive 和 capability spec
  • SNAPSHOT 重写为 uart-lichee 上下文
  • console-performance-measurement-design.md → Artifact-Archive
  • console-benchmark-qemu-d1.md → 通用 benchmark-qemu-d1.md
  • improvements 删 I11（polling Console），留 I12（benchmark 方法论）
  • references R41 路径更新，R42 标记 ARCHIVED

commit 506e78e（同步）、f8819a2（清理）

Q31 async UART CPU 效率基准

在 benchmark.c 中增加了三个 CPU 效率指标，用 instruction count 替代百分比来衡量 CPU 开销：

  • S41 inst/byte：每发送一字节平均执行多少条指令。D1 真板 async 结果：32,818（64B）/ 32,792（256B）/ 44,716（1024B）。越小越省 CPU
  • S42 overlap：CPU 与 UART 硬件并行工作的时间比例。async D1 为 0.54，说明约一半时间并行
  • S43 timer overshoot：idle 状态下 9.5ms，loaded 状态下 25.8ms。衡量调度延迟

QEMU 同步采集但不作为硬件证据。D1 数据来自 fullbench-command，证据冻结于 a9ce8a34 / 50a2a876。

实现上修改了 benchmark.c（+751 行 S41/S42/S43 逻辑）、time_math.rs（D1 定时器精度补全）、time.rs（时钟源接入）。

commit 7d44cb1

Q32 Console CPU 效率基准同步

从 console-lichee 分支同步 Console polling 的 CPU 效率数据到 uart-lichee：

  • 恢复 OpenSpec change（proposal、design、spec、tasks、iterations 000-002）
  • 恢复冻结证据日志（q32-console-cpu-efficiency-evidence/，含 D1 和 QEMU 日志及 SHA256 哈希）
  • 同步 console-benchmark-qemu-d1.md runbook
  • 更新 SNAPSHOT 和 tasks 中的 Q31/Q32 完成记录

Console D1 关键数据：S41 inst/byte 1,194（64B）/ 1,105（256B）/ 1,106（1024B）；S42 overlap 0.00（polling 无并发）；S43 idle 8.4ms，loaded not-applicable。

commit 9810000（同步）、7ddb5b4（runbook）

CPU 效率交叉对比

在 benchmark-report-async.md 中增加 S41/S42/S43 对比章节：

  • async 单字节指令开销是 Console 的 27-30 倍（32,818 vs 1,194 inst/byte）。async 每字节多了 IRQ 处理、copier 调度、waker 操作
  • S42 overlap 0.54 vs 0.00：async 的 copier 让 CPU 在 UART 发送期间可执行其他任务。Console 的 polling drain 全程阻塞
  • S43 loaded 25.8ms vs not-applicable：async 在高负载下调度延迟显著，但 Console 无法在此场景运行（polling 阻塞直到 drain 完成，无"loaded"状态）

QEMU 数据不作为硬件证据，仅用于功能验证。

commit e8822ad（报告更新）、0d4edff（日志同步）

归档与收尾

Q31 和 Q32 两项 change 归档，capability spec 同步到 openspec/specs/：

  • uart-cpu-efficiency-benchmark spec：7 条需求
  • console-cpu-efficiency-benchmark spec：10 条需求
  • 新增 R42-R46 参考（Q31/Q32 spec、runbook、analysis、doc-sync checklist）

commit 636b03b

下周工作

  1. 其实异步串口的代码已经很久没有更改过了，最近的工作都相当于是在给d1写适配，也算是积累了不少真板调试的经验，当前最关心的就是另外一块板子能够早点到我手里，这样就能早点进行测试、优化、再验证，然后把异步串口的工作早点结束了。下周我会继续看看有什么优化空间。
  2. 提前开始网卡驱动的探索，看看embassy，看看别人的工作，然后总结成一个文档供后续参考吧，这个难度更高一些，多参考参考应该有好处。

参考