Linux驱动技术(七) _内核定时器与延迟工作

内核定时器

软件上的定时器最终要依靠硬件时钟来实现，简单的说，内核会在时钟中断发生后检测各个注册到内核的定时器是否到期，如果到期，就回调相应的注册函数，将其作为中断底半部来执行。实际上，时钟中断处理程序会触发TIMER_SOFTIRQ软中断，运行当前处理器上到期的所有定时器。

设备驱动程序如要获得时间信息以及需要定时服务，都可以使用内核定时器。

jiffies

要说内核定时器，首先就得说说内核中关于时间的一个重要的概念:jiffies变量，作为内核时钟的基础，jiffies每隔一个固定的时间就会增加1,称为增加一个节拍，这个固定间隔由定时器中断来实现，每秒中产生多少个定时器中断，由在<linux/param.h>中定义的HZ宏来确定，如此，可以通过jiffies获取一段时间，比如jiffies/HZ表示自系统启动的秒数。下两秒就是(jiffies/HZ+2),内核中用jiffies来计时，秒转换成的jiffies:seconds*HZ，所以以jiffiy为单位，以当前时刻为基准计时2秒:(jiffies/HZ+2)*HZ=jiffies+2*HZ如果要获取当前时间，可以使用do_gettimeofday()，该函数填充一个struct timeval结构，有着接近微妙的分辨率。

//kernel/time/timekeeping.c
 473 /**
 474  * do_gettimeofday - Returns the time of day in a timeval
 475  * @tv:         pointer to the timeval to be set
 476  *
 477  * NOTE: Users should be converted to using getnstimeofday()
 478  */
 479 void do_gettimeofday(struct timeval *tv)

驱动程序为了让硬件有足够的时间完成一些任务，常常需要将特定的代码延后一段时间来执行，根据延时的长短，内核开发中使用长延时和短延时两个概念。长延时的定义为：延时时间>多个jiffies，实现长延时可以用查询jiffies的方法：

time_before(jiffies, new_jiffies);
time_after(new_jiffiesmjiffies);

**短延时的定义为：延迟事件接近或短于一个jiffy，实现短延时可以调用

udelay();
mdelay();

这两个函数都是忙等待函数，大量消耗CPU时间，前者使用软件循环来延迟指定数目的微妙数，后者使用前者的嵌套来实现毫秒级的延时。

定时器

驱动可以注册一个内核定时器，来指定一个函数在未来某个时间来执行。定时器从注册到内核开始计时，达到指定的时间后会执行注册的函数。即超时值是一个jiffies值，当jiffies值大于timer->expires时，timer->function就会被执行。API如下

//定一个定时器
struct timer_list my_timer;

//初始化定时器
void init_timer(struct timer_list *timer);
mytimer.function = my_function;
mytimer.expires = jiffies +HZ;

//增加定时器
void add_timer(struct timer_list *timer);

//删除定时器
int del_tiemr(struct timer_list *timer);

实例

static struct timer_list tm;
struct timeval oldtv;

void callback(unsigned long arg)
{
	struct timeval tv;
	char *strp = (char*)arg;
	do_gettimeofday(&tv);
	printk("%s: %ld, %ld\n", __func__,
		tv.tv_sec - oldtv.tv_sec,
		tv.tv_usec- oldtv.tv_usec);
	oldtv = tv;
	tm.expires = jiffies+1*HZ;
	add_timer(&tm);
}

static int __init demo_init(void)
{
	init_timer(&tm);
	do_gettimeofday(&oldtv);
	tm.function= callback;
	tm.data    = (unsigned long)"hello world";
	tm.expires = jiffies+1*HZ;
	add_timer(&tm);
	return 0;
}

延迟工作

除了使用内核定时器完成定时延迟工作，Linux内核还提供了一套封装好的"快捷方式"-delayed_work，和内核定时器类似，其本质也是利用工作队列和定时器实现，

//include/linux/workqueue.h
100 struct work_struct {
101         atomic_long_t data;
102         struct list_head entry;
103         work_func_t func;
104 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
105         struct lockdep_map lockdep_map;
106 #endif
107 };
113 struct delayed_work {
114         struct work_struct work;
115         struct timer_list timer;
116
117         /* target workqueue and CPU ->timer uses to queue ->work */
118         struct workqueue_struct *wq;
119         int cpu;
120 };

struct work_struct

--103-->需要延迟执行的函数, typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);

至此，我们可以使用一个delayed_work对象以及相应的调度API实现对指定任务的延时执行

//注册一个延迟执行
591 static inline bool schedule_delayed_work(struct delayed_work *dwork,unsigned long delay)
//注销一个延迟执行
2975 bool cancel_delayed_work(struct delayed_work *dwork)

和内核定时器一样，延迟执行只会在超时的时候执行一次，如果要实现循环延迟，只需要在注册的函数中再次注册一个延迟执行函数。

schedule_delayed_work(&work,msecs_to_jiffies(poll_interval));