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Linux-时间管理和内核定时器
■ 设置系统节拍率
默认情况下选择 100Hz。设置好以后打开 Linux 内核源码根目录下的.config 文件,
打开文件 include/asm-generic/param.h,
■ 高节拍率和低节拍率的优缺点:
①、高节拍率会提高系统时间精度,
如果采用 100Hz 的节拍率,时间精度就是 10ms,
采用1000Hz 的话时间精度就是 1ms,精度提高了 10 倍。
高精度时钟的好处有很多,对于那些对时间要求严格的函数来说,能够以更高的精度运行,时间测量也更加准确。
②、高节拍率会导致中断的产生更加频繁,频繁的中断会加剧系统的负担,
1000Hz 和 100Hz的系统节拍率相比,系统要花费 10 倍的“精力”去处理中断。
中断服务函数占用处理器的时间增加,但是现在的处理器性能都很强大,所以采用 1000Hz 的系统节拍率并不会增加太大的负载压力。
根据自己的实际情况,选择合适的系统节拍率,本教程我们全部采用默认的 100Hz 系统节拍率。
■ jiffies 系统节拍数
Linux 内核使用全局变量 jiffies 来记录系统从启动以来的系统节拍数,系统启动的时候会将 jiffies 初始化为 0, jiffies 定义在文件 include/linux/jiffies.h 中
extern u64 __jiffy_data jiffies_64; //定义了一个 64 位的 jiffies_64。
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies; //定义了一个 unsigned long 类型的 32 位的 jiffies。
jiffies_64用于 64 位系统,而 jiffies 用于 32 位系统.
当我们访问 jiffies 的时候其实访问的是 jiffies_64 的低 32 位,
■ get_jiffies_64 这个函数可以获取 jiffies_64 的值
HZ 表示每秒的节拍数, jiffies 表示系统运行的 jiffies 节拍数,所以 jiffies/HZ 就是系统运行时间,单位为秒。
■ 处理绕回
假如 HZ 为最大值 1000 的时候,
对于 32 位的 jiffies 只需要 49.7 天就发生了绕回,
对于 64 位的 jiffies 来说大概需要5.8 亿年才能绕回,因此 jiffies_64 的绕回忽略不计。处理 32 位 jiffies 的绕回显得尤为重要
函数描述
time_after(unkown, known)
unkown 超过 known 的话, time_after 函数返回真,否则返回假
time_before(unkown, known)
unkown 没有超过 known 的话 time_before 函数返回真,否则返回假
time_after_eq(unkown, known)
和 time_after 函数类似 只是多了判断等于这个条件
time_before_eq(unkown, known)
和 time_before函数类似 只是多了判断等于这个条件
■ 使用 jiffies 判断超时
timeout 就是超时时间点,比如我们要判断代码执行时间是不是超过了 2 秒
■ jiffies 和 ms、 us、 ns 之间的转换函数在这里插入代码片 函数描述
int jiffies_to_msecs(const unsigned long j)
将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的毫秒
int jiffies_to_usecs(const unsigned long j)
将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的微秒
u64 jiffies_to_nsecs(const unsigned long j)
将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的纳秒
long msecs_to_jiffies(const unsigned int m)
将毫秒转换为 jiffies 类型。
long usecs_to_jiffies(const unsigned int u)
将微秒转换为 jiffies 类型。
unsigned long nsecs_to_jiffies(u64 n)
将纳秒转换为 jiffies 类型。
■ 内核定时器
Linux 内核定时器使用很简单,只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可。
Linux 内核使用 timer_list 结构体表示内核定时器, timer_list 定义在文件include/linux/timer.h 中
struct timer_list {
struct list_head entry;
unsigned long expires; /* 定时器超时时间,单位是节拍数 */
struct tvec_base *base;
void (*function)(unsigned long); /* 定时处理函数 */
unsigned long data; /* 要传递给 function 函数的参数 */
int slack;
};
■ 内核定时器API 函数描述
init_timer 函数
初始化 timer_list 类型变量,
add_timer 函数
向 Linux 内核注册定时器,
del_timer 函数
删除一个定时器
del_timer_sync 函数
del_timer_sync 函数是 del_timer 函数的同步版,会等待其他处理器使用完定时器再删除,del_timer_sync 不能使用在中断上下文中。
mod_timer 函数
修改定时值
■ 内核短延时函数
Linux 内核提供了毫秒、微秒 、纳秒 延时函数
■ 示例一:使用范例
struct timer_list timer; /* 定义定时器 */
/* 定时器回调函数 */
void function(unsigned long arg)
{
/*
* 定时器处理代码
*/
/* 如果需要定时器周期性运行的话就使用 mod_timer
* 函数重新设置超时值并且启动定时器。
*/
mod_timer(&dev->timertest, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));
}
/* 初始化函数 */
void init(void)
{
init_timer(&timer); /* 初始化定时器 */
timer.function = function; /* 设置定时处理函数 */
timer.expires=jffies + msecs_to_jiffies(2000);/* 超时时间 2 秒 */
timer.data = (unsigned long)&dev; /* 将设备结构体作为参数 */
add_timer(&timer); /* 启动定时器 */
}
/* 退出函数 */
void exit(void)
{
del_timer(&timer); /* 删除定时器 */
/* 或者使用 */
del_timer_sync(&timer);
}
■ 示例二:Linux内核定时器实验 内核定时器周期性的点亮和熄灭开发板上的 LED灯
#include
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#include
#include
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#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define TIMER_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define TIMER_NAME "timer" /* 名字 */
#define CLOSE_CMD (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置定时器周期命令 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
/* timer设备结构体 */
struct timer_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int led_gpio; /* key所使用的GPIO编号 */
int timeperiod; /* 定时周期,单位为ms */
struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
spinlock_t lock; /* 定义自旋锁 */
};
struct timer_dev timerdev; /* timer设备 */
/*
* @description : 初始化LED灯IO,open函数打开驱动的时候
* 初始化LED灯所使用的GPIO引脚。
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int led_init(void)
{
int ret = 0;
timerdev.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
if (timerdev.nd== NULL) {
return -EINVAL;
}
timerdev.led_gpio = of_get_named_gpio(timerdev.nd ,"led-gpio", 0);
if (timerdev.led_gpio < 0) {
printk("can't get ledrn");
return -EINVAL;
}
/* 初始化led所使用的IO */
gpio_request(timerdev.led_gpio, "led"); /* 请求IO */
ret = gpio_direction_output(timerdev.led_gpio, 1);
if(ret < 0) {
printk("can't set gpio!rn");
}
return 0;
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
filp->private_data = &timerdev; /* 设置私有数据 */
timerdev.timeperiod = 1000; /* 默认周期为1s */
ret = led_init(); /* 初始化LED IO */
if (ret < 0) {
return ret;
}
return 0;
}
/*
* @description : ioctl函数,
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - cmd : 应用程序发送过来的命令
* @param - arg : 参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)filp->private_data;
int timerperiod;
unsigned long flags;
switch (cmd) {
case CLOSE_CMD: /* 关闭定时器 */
del_timer_sync(&dev->timer);
break;
case OPEN_CMD: /* 打开定时器 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));
break;
case SETPERIOD_CMD: /* 设置定时器周期 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
dev->timeperiod = arg;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
break;
default:
break;
}
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations timer_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = timer_open,
.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};
/* 定时器回调函数 */
void timer_function(unsigned long arg)
{
struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;
static int sta = 1;
int timerperiod;
unsigned long flags;
sta = !sta; /* 每次都取反,实现LED灯反转 */
gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);
/* 重启定时器 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod));
}
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init timer_init(void)
{
/* 初始化自旋锁 */
spin_lock_init(&timerdev.lock);
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (timerdev.major) { /* 定义了设备号 */
timerdev.devid = MKDEV(timerdev.major, 0);
register_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT, TIMER_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&timerdev.devid, 0, TIMER_CNT, TIMER_NAME); /* 申请设备号 */
timerdev.major = MAJOR(timerdev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
timerdev.minor = MINOR(timerdev.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
/* 2、初始化cdev */
timerdev.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&timerdev.cdev, &timer_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&timerdev.cdev, timerdev.devid, TIMER_CNT);
/* 4、创建类 */
timerdev.class = class_create(THIS_MODULE, TIMER_NAME);
if (IS_ERR(timerdev.class)) {
return PTR_ERR(timerdev.class);
}
/* 5、创建设备 */
timerdev.device = device_create(timerdev.class, NULL, timerdev.devid, NULL, TIMER_NAME);
if (IS_ERR(timerdev.device)) {
return PTR_ERR(timerdev.device);
}
/* 6、初始化timer,设置定时器处理函数,还未设置周期,所有不会激活定时器 */
init_timer(&timerdev.timer);
timerdev.timer.function = timer_function;
timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit timer_exit(void)
{
gpio_set_value(timerdev.led_gpio, 1); /* 卸载驱动的时候关闭LED */
del_timer_sync(&timerdev.timer); /* 删除timer */
#if 0
del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif
/* 注销字符设备驱动 */
gpio_free(timerdev.led_gpio);
cdev_del(&timerdev.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(timerdev.class, timerdev.devid);
class_destroy(timerdev.class);
}
module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
■ ■
文章来源:https://blog.csdn.net/sinat_23896491/article/details/139224374
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