30天自制操作系统 定时器

理解

• 在叠加图层系统和定时器系统里面可以看到作者的很多优化思路
• 对于这些优化思路，我们都是可以借鉴的

原理

• 通过每隔一定的时间间隔向CPU发送中断，然后我们绑定了该中断所对应的计时函数，即每发生一次中断，该函数加1，并且判断所有的定时器，是否超过了该时间【超过了就需要执行该定时器的操作】，超过了就将定时器里面的数据放入FIFO里面，然后我们在主程序里面判断FIFO里面是否有数据，有数据就取出来，然后根据取出的数据来执行各种预先定义好的操作

• 这个预先定义好的操作里面，我们可以去设置一个同样时间间隔的定时器，循环执行这个操作

• 我们是通过PIT（programmable Interval Timmer） 可编程的间隔型定时器，因为在电脑中PIT连接着IRQ【interrupt request】 0号，所以只要设定了PIT就可以设定IRQ0的中断间隔，PIT是一个独立的芯片，但是现在已经和PIT一样被集成到了别的芯片里面。

• PIT自身有一些寄存器，这些寄存器本身都是8位的，与端口号相对应，在设置的时候指明对应的端口号进行读写

  • IMR是中断屏蔽寄存器，哪一位是1就屏蔽哪一个中断信号
  • ICW1和ICW4是硬件相关的ICW3也是固定的
  • 只有ICW2是自由配置的，它决定了IRQ以哪一号中断来通知CPU
  • CPU收到中断以后，判断可以处理，就会命令PIC发送一个2字节的数据，CPU把数据当做指令执行，该数据是0x CD ?? ，就是INT ？？的机器码
  • INT 0x20~0x2f接收中断信号IRQ0 ~15而设定，至于不直接用INT 0x00 ~0x0f，是因为这些号码被用来CPU的内部保护中断处理了。
  • IDT是中断记录表，他决定了CPU当接收到对应的中断号时，执行哪一个函数。IDT记录了0-255的中断号码与调用函数的对应关系。
  • 当CPU执行中断的时候，他需要首先保存当前的工作环境，然后去执行中断函数，最后再还原工作环境，继续当前的程序执行。因此在我们的中断函数里面，首先需要将寄存器的值全部存入栈中，然后调用对应的中断函数，最后再从栈中取出数据放置到寄存器中
  • 因此对应的中断函数，都分为两个部分，一是汇编部分，二是C语言部分，汇编部分入栈，调用C语言函数，然后出栈。

定时器优化

• 我们要尽可能的减少CPU处理中断时所消耗的时间，否则会导致卡顿
• 【比如，你正在打字，然后突然计时中断发生了，那么你的打字就会卡在那里，如果这个计时中断绑定的函数执行很快，只有大约0.1s左右，那么你就几乎感受不到这个停顿】

改为判断

• 一开始的操作是每个计时器记录一个时间变量timeout，然后每次中断，对于所有的定时器进行遍历timeout - -，如果该timeout<=0，那么就说明时间到达了，将数据写入FIFO。
• 可是 timerctl.timer[i].timeout-- 这个操作要完成从内存中读取变量值，减去1，然后又往内存中写入的操作。
• 所以我们把timeout改为count+设定时间，意义是从当前时间开始多少秒后，这样就只用执行一个判断语句即可

增加next

• 在定时器中断处理函数当中，有一个for循环遍历定时器，然后有两个if语句，首先判断该定时器是可用的，其次判断是否超时
• 每次中断会执行500次if语句，然后1秒会中断100次，这样导致的结果就是该if语句每秒要执行5万次，【完全可以简化】
• 我们增加一个next变量来指示下一次最接近timeout，因此count只需要和他进行判断即可，如果count<next,直接return,否则就进行遍历，将超时的全部执行，然后继续筛选出新的next，下一个最接近的时间点
• 这样在大部分时间情况下都会return

增加排序数组

• 增加一个存储定时器地址的数组，将数组里面按计时的timeout大小进行排序
• 然后每次count<next的时候，就遍历该有序数组有多少个超时了，然后写入FIFO
• 继而将有序数组后面的定时器往前排。有序数组中存放的都是活跃数组。
• 然后设置定时器的时候，也需要放置到有序数组的合适位置。
• 由于在设定定时器的时候需要禁止中断。

合并FIFO

• 该程序之前分为好几个FIFO缓冲区，在for循环里面，查询缓冲区和count++是交替进行的
• 如果原先需要查询3个缓冲区，现在只需要查询一个，所以会加快count的运行

使用链表

• 以前的程序是使用数组，这样为了维持数组的有序，每次插入新的定时器，都需要重新移动数组元素。
• 当执行计时器中断程序的时候，直接重置头指针即可
• 简单来说，把原来存放活动定时器地址的数组设定成链表的形式。
• 这样当插入新的定时器的时候，会导致有四种情况
  1. 插入到最前面
  2. 插入到中间
  3. 插入到最后面
  4. 只有一个元素
• 岗哨，我们设置一个时间为0xffff，然后就会一直放置到链表的末尾
• 这样就会消除34两种情况

测试性能

• 在HariMain里面累加Count，查看10s时候的count值，在开机启动3s之后要重置count为0
• 因为电脑在启动时候的偏差会很大，所以在前3s的count值舍弃掉

技巧

• 在FIFO里面取代移位操作，读取一个数据以后不是让后面的数据向前靠齐，而是改变下一次的数据读取地址。但是并不适用于定时器。

多任务

• 对于多任务而言，是有两片内存区域，分别存储着不同的代码片段。

基础版本

• 最开始的版本是这样的，在A程序里面有一个0.1s定时器，到了时间后就执行跳转代码
• 将PC设置为程序B的开始地址，然后程序B开始执行，他同时也设置了一个定时器，到了时间后就会继续跳转到A

升级版本

• 在基础版本里面，只是多任务管理程序嵌入到了运行程序里面，这样不好。
• 升级版本的操作是