Linux驅動開發(fā)-內(nèi)核定時器

【摘要】 內(nèi)核定時器是內(nèi)核用來控制在未來某個時間點（基于jiffies(節(jié)拍總數(shù))）調(diào)度執(zhí)行某個函數(shù)的一種機制，相關函數(shù)位于 和 kernel/timer.c 文件中。 當內(nèi)核定時器定時時間到達時，會進入用戶指定的函數(shù)，相當于軟中斷。內(nèi)核定時器注冊開啟后，運行一次就不會再運行(相當于自動注銷)，我們可以重新設置定時器的超時時間，讓定時器重復運行。

1. 內(nèi)核定時器介紹

內(nèi)核定時器是內(nèi)核用來控制在未來某個時間點（基于jiffies(節(jié)拍總數(shù))）調(diào)度執(zhí)行某個函數(shù)的一種機制，相關函數(shù)位于 和 kernel/timer.c 文件中。

當內(nèi)核定時器定時時間到達時，會進入用戶指定的函數(shù)，相當于軟中斷。內(nèi)核定時器注冊開啟后，運行一次就不會再運行(相當于自動注銷)，我們可以重新設置定時器的超時時間，讓定時器重復運行。

每當時鐘中斷發(fā)生時,全局變量jiffies(一個32位的unsigned long 變量)就加1，因此jiffies記錄了linux系統(tǒng)啟動后時鐘中斷發(fā)生的次數(shù)，驅動程序常利用jiffies來計算不同事件間的時間間隔。內(nèi)核每秒鐘將jiffies變量增加HZ次。因此，對于HZ值為100的系統(tǒng)，jiffy+1等于隔了10ms，而對于HZ為1000的系統(tǒng)，jiffy+1僅為1ms。

內(nèi)核定時器結構體：
下面列出了需要關心的成員

struct timer_list {
	unsigned long expires;         //設置超時時間，用jiffies作為基準值
	void (*function)(unsigned long); //類似中斷服務函數(shù)，設置定時器到時后處理的函數(shù) 
	unsigned long data;           //中斷服務函數(shù)的參數(shù)
}

expires設置：以當前時間為基準加上延時時間，時間基準用jiffies變量表示，延時時間可以使用以下兩個宏轉換成jiffies單位。

2. 內(nèi)核定時器相關API函數(shù)

2.1 修改定時器超時時間

2.2 初始化定時器

2.3 關閉定時器

2.4 關閉定時器

2.5 轉換時間（微妙單位）

2.6 轉換時間（毫秒為單位）

將jiffies單位轉為struct timespec結構體表示：

Void jiffies_to_timespec(const unsigned long jiffies, struct timespec *value)；

示例：
jiffies_to_timespec(jiffies,&value);
printk("value.ts_sec=%d\n",value.tv_sec);
printk("value.tv_nsec=%d\n",value.tv_nsec);

2.7 初始化定時器的結構體成員

TIMER_INITIALIZER（ _function, _expires, _data） 宏用于賦值定時器結構體的function、 expires、 data 和 base 成員， 這個宏的定義如下所示：（被DEFINE_TIMER宏調(diào)用）

#define TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data) {		\
		.entry = { .prev = TIMER_ENTRY_STATIC },	\
		.function = (_function),			\
		.expires = (_expires),				\
		.data = (_data),				\
		.base = &boot_tvec_bases,			\
		.slack = -1,					\
		__TIMER_LOCKDEP_MAP_INITIALIZER(		\
			__FILE__ ":" __stringify(__LINE__))	\
	}

2.8 初始化定時器并且賦值

DEFINE_TIMER（ _na me , _functi o n, _e x pires, _data） 宏是定義并初始化定時器成員的“快捷方式”， 這個宏定義如下所示：

/*初始化定時器，并進行賦值*/
#define DEFINE_TIMER(_name, _function, _expires, _data)		\
	struct timer_list _name =				\
		TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data)

2.9 定時器初始化賦值

setup_timer()也可用于初始化定時器并賦值其成員， 其源代碼如下：

//初始化定時器并進行賦值
#define setup_timer(timer, fn, data)					\
	do {								\
		static struct lock_class_key __key;			\
		setup_timer_key((timer), #timer, &__key, (fn), (data));\
	} while (0)

static inline void setup_timer_key(struct timer_list * timer,
				const char *name,
				struct lock_class_key *key,
				void (*function)(unsigned long),
				unsigned long data)
{
	timer->function = function;
	timer->data = data;
	init_timer_key(timer, name, key);
}

3. 使用定時器的步驟

(1) 定義定時器結構體timer_list。

/*定義一個內(nèi)核定時器配置結構體*/
static struct timer_list mytimer ; 

(2) 設置超時時間，定義定時器處理函數(shù)和傳參。

mytimer.expires=jiffies+ msecs_to_jiffies(1000); /*設置定時器的超時時間，1000毫秒*/
//或者
//mytimer.expires=jiffies+HZ; /*設置定時器的超時時間，1000毫秒*/

mytimer.function = time_fun;	              /*定時器超時的回調(diào)函數(shù)，類似中斷服務函數(shù)*/
mytimer.data = 12;                       /*傳給定時器服務函數(shù)的參數(shù)*/

(3) 開啟定時器。

init_timer(&mytimer);          /*初始化定時器*/
add_timer(&mytimer);	        /*啟動定時器*/

完整示例代碼:

#include 
#include 
#include 

static struct timer_list timer;

static void timer_function(unsigned long data)
{
	printk("data=%ld\n",data);
	mod_timer(&timer,msecs_to_jiffies(3000)+jiffies);
}

static int __init tiny4412_linux_timer_init(void)
{
	timer.expires=HZ*3+jiffies; /*單位是節(jié)拍*/
	timer.function=timer_function;
	timer.data=666;
	
	/*1. 初始化定時器*/
	init_timer(&timer);
	/*2. 添加定時器到內(nèi)核*/
	add_timer(&timer);
    printk("驅動測試: 驅動安裝成功\n");
    return 0;
}

static void __exit tiny4412_linux_timer_cleanup(void)
{
	/*3. 刪除定時器*/
	del_timer_sync(&timer);
    printk("驅動測試: 驅動卸載成功\n");
}

module_init(tiny4412_linux_timer_init);    /*驅動入口--安裝驅動的時候執(zhí)行*/
module_exit(tiny4412_linux_timer_cleanup); /*驅動出口--卸載驅動的時候執(zhí)行*/

MODULE_LICENSE("GPL");  /*設置模塊的許可證--GPL*/

4. 內(nèi)核提供的延時函數(shù)

Linux 內(nèi)核中提供了進行納秒、微秒和毫秒延遲。
void ndelay(unsigned long nsecs) ;
void udelay(unsigned long usecs) ;
void mdelay(unsigned long msecs) ;
上述延遲的實現(xiàn)原理本質(zhì)上是忙等待，根據(jù) CPU 頻率進行一定次數(shù)的循環(huán)。在內(nèi)核中，最好不要直接使用mdelay()函數(shù)， 這將無謂地耗費CPU資源。
void msleep(unsigned int millisecs) ;
unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs) ;
void ssleep(unsigned int seconds) ;
上述函數(shù)將使得調(diào)用它的進程睡眠參數(shù)指定的時間， msleep()、 ssleep()不能被打斷，而 msleep_interruptible()則可以被打斷。

5. 精度較高的時間獲取方式

高精度定時器通常用ktime作為計時單位。
獲取內(nèi)核高精度時間單位: ktime_t ktime_get(void)

下面是一些時間輔助函數(shù)用于計算和轉換:

ktime_t ktime_set(const long secs, const unsigned long nsecs);   
ktime_t ktime_sub(const ktime_t lhs, const ktime_t rhs);   
ktime_t ktime_add(const ktime_t add1, const ktime_t add2);   
ktime_t ktime_add_ns(const ktime_t kt, u64 nsec);   
ktime_t ktime_sub_ns(const ktime_t kt, u64 nsec);   
ktime_t timespec_to_ktime(const struct timespec ts);   
ktime_t timeval_to_ktime(const struct timeval tv);   
struct timespec ktime_to_timespec(const ktime_t kt);   //轉換的時間通過timespec結構體保存
struct timeval ktime_to_timeval(const ktime_t kt);     //轉換的時間通過timeval結構體保存
s64 ktime_to_ns(const ktime_t kt);     //轉換為ns單位
int ktime_equal(const ktime_t cmp1, const ktime_t cmp2);   
s64 ktime_to_us(const ktime_t kt);    //轉換為us單位
s64 ktime_to_ms(const ktime_t kt);    //轉換為ms單位
ktime_t ns_to_ktime(u64 ns);

示例: 計算經(jīng)過的一段時間

static int hello_init(void)
{
	ktime_t my_time,my_time2;
	unsigned int i,j;
	unsigned int time_cnt=0;
	my_time=ktime_get();    		//獲取當前時間
	i=ktime_to_us(my_time); 		//轉us
	
	udelay(600);  				//延時一段時間
	
	my_time2=ktime_get();  	  	//獲取當前時間
	j=ktime_to_us(my_time2);  		//轉us
	
	printk("time_cnt=%ld\n",j-i); 	//得出之間差值,正確值為: 600
	return 0;
}