linux驱动之定时器的介绍和内核时间的学习

本文章摘自下面的网友：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_6e5b342e0100m87d.html

一、内核中如何记录时间

任何程序都需要时间控制，其主要目的是：

• 测量时间流逝和比较时间
• 知道当前时间
• 指定时间量的延时操作

为达到这个目的，应用程序使用日历时间（年月日时分秒）或者自1970年1月1日零时零分零秒到当前的秒数来度量时间的流逝，但内核中需要更加有精度的时间度量，因此内核使用时钟嘀嗒来记录时间。时钟中断发生后内核内部时间计数器增加1（即：增加1个时钟嘀嗒），系统引导时为0，当前值为自上次系统引导以来的时钟滴答数，程序可通过内核定义的全局变量jiffies_64或jiffies来访问。真实硬件上每秒的嘀嗒数从 50 到 1200 不等 ，x86上默认为1000，而s3c2440上默认为200，出于统一编程接口的考虑，内核定义了一个宏HZ，它表示1秒钟的嘀嗒数，可供程序使用。

Jiffies 和 jiffies_64是 unsigned long 类型只读变量，其用法如下：

• #include <linux/jiffies.h>
• unsigned long j, stamp_1, stamp_half, stamp_n;
• j = jiffies;
• stamp_1 = j + HZ;
• stamp_half = j + HZ/2;
• stamp_n = j + n * HZ / 1000;

注意：32-位 平台上当 HZ 是 1000 时, 计数器只是每 50 天溢出一次, 必要时你的代码应当准备处理这个事件

比较2个时间的大小，常用内核的如下宏定义：

• #include <linux/jiffies.h>
• int time_after(unsigned long a, unsigned long b);
• int time_before(unsigned long a, unsigned long b);
• int time_after_eq(unsigned long a, unsigned long b);
• int time_before_eq(unsigned long a, unsigned long b);

它们分别在时间a在时间b之后、之前、之后或相等、之前或相等的时候为真，反之为假

• 求 2 个 jiffies 实例之间的差：
  • diff = (long)t2 - (long)t1;.
• 你可以转换一个 jiffies 差为毫秒, 一般地通过：
  • msec = diff * 1000 / HZ;
• jiffies与日历时间的转换函数：
• #include <linux/time.h>
• unsigned long timespec_to_jiffies(struct timespec *value);
• void jiffies_to_timespec(unsigned long jiffies, struct timespec *value);
• unsigned long timeval_to_jiffies(struct timeval *value);
• void jiffies_to_timeval_r(unsigned long jiffies, struct *timeval)

二、内核定时器

1、概述

• 无论何时你需要调度一个动作以后发生, 就可以使用内核定时器,如：当硬件无法发出中断时, 可通过使用内核定时器，以定期的间隔检查一个设备的状态。
• 一个内核定时器是一个数据结构, 它指导内核在一个用户定义的时间，使用一个用户定义的参数，执行一个用户定义的函数
• 由内核线程——软中断（ksoftirqd/0）调度执行

　　　　一个cpu，一个ksoftirqd

　　　　ksoftirqd属于atomic context

　　　　ksoftirqd运行时，不禁用irq

2、定时器 API

#include <linux/timer.h>

struct timer_list {
    unsigned long expires;
    void (*function)(unsigned long);
    unsigned long data;
    其它字段
};

静态初始化定时器结构：

             struct timer_list timerval = TIMER_INITIALIZER(_function,_expires,_data)

动态初始化定时器结构：

             setuo_timer(struct timer_list *timer,_function,_data);   //初始化function和data后，调用init_timer

             init_timer(struct timer_list *timer);

             timer.expires = jiffies+100;或者：timer.expires = jiffies + HZ/10（手动指定触发时间）

将已经初始化的定时器加入系统定时器链表：

            void add_timer(struct timer_list *timer);

             注：定时器执行后，会自动退出系统定时器链表，如需再次执行，则需要更新expires后，再次加入系统定时器链表

更新一个定时器的超时时间，同时加入系统链表

            int mod_timer(struct timer_list *timer,unsigned long expires)

删除定时器，退出系统定时器链表

           int del_timer(struct timer_list *timer)

三、如何在内核中实现延时

设备驱动常常需要延后一段时间执行一个特定片段的代码, 以便允许硬件完成某个任务。延时一般区分为短延时和长延时

1、短延时：当一个设备驱动需要等待硬件的反应时间, 涉及到的延时常常是最多几个毫秒 。此种延时就是短延时，一般采用忙等待。（忙等待我个人理解是此时处理器依然在本进程中）
相关函数如下：

#include <linux/delay.h>
void ndelay(unsigned long nsecs);
void udelay(unsigned long usecs);
void mdelay(unsigned long msecs);

2、长延时：

如果需要延后较长时间，就可以采用长延时。长延时可分为忙等待和让出CPU两种方式。

1）、忙等待：

　　unsigned long j1 = jiffies + 2*HZ;
      while (time_before(jiffies, j1))

      cpu_relax();

　　cpu_relex 的调用使用了一个特定于体系的方式,你此时没有用处理器做事情，比较浪费处理器的资源

2）、让出处理器

　　unsigned long j1 = jiffies + 3600*HZ;

　　while (time_before(jiffies, j))

　　{

　　　　set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);

　　　　schedule_timeout(30*HZ);

　　}

3)此外，如果你的驱动使用一个等待队列来等待某些其他事件,但是你也想确保它在一个确定时间段内运行能够运行，而不是永久等待，那么可以使用超时

#include <linux/wait.h>
long wait_event_timeout(wait_queue_head_t q, condition, long timeout);
long wait_event_interruptible_timeout(wait_queue_head_t q, condition, long timeout);

 后面会编写一个linux模块化驱动编程的实例和延时。