Zephyr内核——内核服务（定时）——内核定时

最新推荐文章于 2025-07-25 13:08:22 发布
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分类专栏： Zephyr 文章标签： 算法 网络 linux
Zephyr内核提供了一个强大的定时框架，支持精确的硬件定时源报告和跟踪定时事件。它包括时间单位转换、上电时间跟踪、超时处理等功能。超时使用k_timeout_t结构初始化，并在全局事件队列中管理。计时器驱动和SMP详情描述了多处理器环境下的计时处理。此外，时间切片和保留毫秒API的子系统确保了各种场景下的兼容性。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

内核定时

Zephyr提供了一个健壮的和可扩展的定时框架，以支持从任意精度的硬件定时源报告和跟踪定时事件。

时间单位

内核时间以多个用于不同目的的单元进行跟踪。

实时值通常以毫秒或微秒为单位指定，是应用程序代码时间的默认表示。它们具有普遍的便携性和可被广泛理解的优点，尽管它们可能与底层硬件的精度并不完全匹配。

内核通过k_cycle_get_32()和k_cycle_get_64()api呈现一个“循环”计数。其目的是，这个计数器表示操作系统能够向用户呈现的最快的周期计数器(例如，一个CPU周期计数器)，并且读取操作非常快。期望是非常敏感的应用程序代码可能以轮询方式使用它，以实现最大的精度。这个计数器的频率需要随着时间的推移保持稳定，并且可以从sys_clock_hw_cycles_per_sec()(几乎所有平台上都是一个运行时常数，计算结果为CONFIG_SYS_CLOCK_HW_CYCLES_PER_SEC)。

对于异步计时，内核定义了一个“tick”的概念。“tick”是内核执行所有内部正常运行时间和超时记账的内部计数。预计将在实际范围内的"tick"边界上提供中断，并且不跟踪部分“tick”。点击率的选择可以通过CONFIG_SYS_CLOCK_TICKS_PER_SEC进行配置。大多数硬件平台（支持设置任意中断超时的硬件平台）的默认值预计在10 kHz的范围内，软件仿真平台和遗留驱动程序使用更传统的100Hz值。

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🔋【Zephyr定时器与低功耗实践指南】 摘要： 本文针对MCU工程师，介绍使用Zephyr RTOS实现周期性任务与低功耗控制的完整方案。通过STM32平台演示了k_timer定时器、k_work_delayable异步任务与PM电源管理的协同工作模式。项目实现LED每秒闪烁、串口每5秒输出的周期任务，并在空闲时自动进入Sleep/Stop模式。关键点包括： 1️⃣ Zephyr定时器体系架构解析 2️⃣ 配置文件(prj.conf)中PM模块的启用方法 3️⃣ Tickless Idle技术实现原理
Zephys OS nano内核篇：定时器 Timer
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zephyr笔记 2.2.2 定时器
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最新发布
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本文主要介绍Zephyr RTOS 中的 k_timer定时器的函数，k_timer_start是 Zephyr RTOS 中用于启动内核定时器的核心函数，提供了精确的时间事件调度能力。k_timer_stop 是 Zephyr RTOS 中用于停止运行中定时器的核心函数。k_timer_init 是 Zephyr RTOS 中用于初始化内核定时器的核心函数，它为定时器设置基本参数和回调处理函数，是使用定时器功能前的必要步骤。
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使CPU空闲会导致内核暂停所有操作，直到一个事件，通常是一个中断，唤醒CPU。在常规系统中，空闲线程负责此操作。然而，在一些受约束的系统中，另有一个线程承担这一责任。
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1 前言 我正在学习 Zephyr，一个很可能会用到很多物联网设备上的操作系统，如果你也感兴趣，可点此查看帖子zephyr学习笔记汇总。 2 概念 内核支持两个不同的时钟。 32位硬件时钟是一个高精度计数器，可以跟踪若干个周期时间，但这个周期不能指定单位。一个周期的持续时间取决于内核使用的电路板硬件，通常以纳秒为单位进行测量。 64位系统时钟是一个计数器，用于跟踪自内核初始化以来已经...
第20篇 zephyr 时钟之Timers
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04-22 2150
本学笔记基于zephyr 工程版本 2.2.99，主机环境为ubuntu18.04，开发平台 nrf52840dk_nrf52840 摘要 timer是一个内核对象，它使用内核的系统时钟(基于tick)测量时间。当计时器达到指定的时间限制时，它可以执行应用程序定义的操作(回调函数)，或者它可以简单地记录过期时间并等待应用程序读取其状态(不执行回调函数)。
【雕爷学编程】MicroPython手册之 Zephyr 延迟和计时
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请注意，具体的延迟和计时方法可能因Zephyr的特定配置和硬件平台而有所不同，上述示例提供了一个基本的框架，你可以根据实际情况进行适当的调整和实现。在使用这些功能时，开发者需要注意延迟的准确性、计时的精度以及资源消耗等方面的注意事项，以确保应用程序的正确性和性能优化。尽管Zephyr操作系统提供了可靠的延迟机制，但在一些特定的环境下，如高负载系统或中断处理程序存在的情况下，延迟时间可能会有一定的偏差。Zephyr操作系统作为实时操作系统，提供了可靠的延迟和计时机制，确保延迟时间和计时结果的准确性。
Zephyr学习（四）系统时钟
weixin_34072159的博客
01-27 885
每一个支持多进程（线程）的系统都会有一个滴答时钟（系统时钟），这个时钟就好比系统的“心脏”，线程的休眠（延时）和时间片轮转调度都需要用到它。 Cortex-M系列的内核都有一个systick时钟，这个时钟就是设计用来支持操作系统的，是一个24位的自动重装载向下计数器，中断入口就位于中断向量表里面，定义在zephyr-zephyr-v1.13.0\arch\arm\core\cortex_m\ve...
Zephyr、FreeRTOS、RT-Thread 定时器区别分析
每一个commit hash都是时光的指纹。当我用git blame查看旧代码，那些褪色的注释如同泛黄日记
04-09 883
•选择Zephyr当：需要硬实时性和高精度控制，且硬件资源允许配置专用定时器外设。•选择FreeRTOS当：项目资源有限且定时需求简单，适合快速原型开发。•选择RT-Thread当：需要灵活调整定时策略或结合硬件/软件混合定时模式，尤其适合复杂应用场景。
Zephyr内核——应用模块——执行时间函数
wayne2018的博客-心情驿站
10-26 421
定时函数可以用来获取一段代码的执行时间，以帮助分析和优化。 请注意，计时函数可能使用与默认内核计时器不同的计时器，其中使用的计时器是由体系结构、SoC或板配置指定的。
linux和rtos内核中如何分配堆内存
03-02
<think>嗯，用户之前问过malloc是Linux系统接口还是C标准库函数，现在接着问Linux和RTOS内核中的堆内存分配。看来他对内存管理的层次结构感兴趣，可能是在学习嵌入式系统或者操作系统相关的知识。 我需要先明确用户的需求。他可能想了解在不同操作系统内核中内存分配机制的异同，特别是实时操作系统（RTOS）和通用操作系统（Linux）之间的区别。作为开发者，了解这些底层机制对于优化性能、调试内存问题很重要。 首先，我得回忆一下Linux内核的内存管理方式。Linux使用伙伴系统（Buddy System）处理物理内存的大块分配，slab分配器处理小块对象。而用户空间的malloc则是通过glibc实现的，调用brk或mmap系统调用。但在内核中，动态内存分配通常用kmalloc和vmalloc。kmalloc基于slab，保证物理连续，而vmalloc允许物理不连续但虚拟地址连续。 然后是RTOS，比如FreeRTOS、VxWorks、Zephyr等。RTOS通常更轻量，内存管理策略更简单，可能使用静态内存池或简单的动态分配器，因为实时性要求高，需要确定性的分配时间。有些RTOS甚至不支持动态分配，或者需要用户自己实现。 用户可能没有明确说出的是，他可能在做嵌入式开发，需要选择合适的内存分配策略，或者在优化现有系统时遇到问题。需要比较两者的设计哲学：Linux注重通用性和效率，RTOS注重实时性和确定性。 要注意区分内核态和用户态的内存分配。用户之前的问题提到malloc属于C库，但内核中的分配机制完全不同。需要解释清楚内核模块如何分配内存，比如Linux的kmalloc和RTOS中的类似机制。 可能还需要提到内存碎片的问题，RTOS如何避免，比如静态分配或块内存池。而Linux有更复杂的管理机制，但碎片仍可能存在，尤其是长时间运行的系统。 另外，安全性和错误处理方面，RTOS可能更严格，因为系统故障在实时环境中后果更严重。比如，使用断言或直接崩溃，而不是复杂的错误恢复。 总结结构：先分点讨论Linux和RTOS，比较它们的机制、实现方式和特点，然后总结异同点，最后给出开发建议。需要保持技术细节准确，但用易懂的语言，避免过于晦涩。</think>$\boxed{Linux与RTOS内核堆内存分配机制对比}$ $\textcolor{blue}{一、Linux内核内存分配机制}$ 1. **核心架构分层** $$ \begin{array}{ll} \text{用户空间} & \xrightarrow{\text{malloc/free}} \text{glibc} \xrightarrow{\text{brk/mmap}} \text{内核} \\ \text{内核空间} & \xrightarrow{\text{kmalloc/vmalloc}} \text{伙伴系统+slab} \leftarrow \text{物理内存} \end{array} $$ 2. **关键分配接口** ```c // 物理连续内存（常用于DMA） void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags); // 虚拟连续内存（物理可不连续） void *vmalloc(unsigned long size); // 专用分配器（如网络栈的skb） struct sk_buff *alloc_skb(unsigned int size, gfp_t priority); ``` 3. **底层实现技术** - $\textcolor{green}{伙伴系统}$：处理页级分配（最小单位4KB） ```c struct page *alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order); ``` - $\textcolor{green}{slab分配器}$：管理内核对象缓存 ```bash # 查看slab分配统计 $ cat /proc/slabinfo ``` - per-CPU缓存：减少锁竞争 $\textcolor{blue}{二、RTOS内核内存分配特点}$ 1. **典型实现方案** ```c // FreeRTOS示例 void *pvPortMalloc(size_t xSize); void vPortFree(void *pv); // Zephyr内存池 k_mem_pool_alloc(&my_pool, &block, timeout); ``` 2. **设计约束** - 确定性时间：最坏分配时间可预测 - 有限资源：通常无MMU支持 - 防碎片化： ```mermaid graph LR A[静态内存池] --> B[固定大小块] C[动态分配] --> D[首次适应算法] ``` 3. **特殊优化技术** - 内存分区：关键任务独占内存区 ```c // VxWorks内存分区 MEM_PARTITION_ID partId = memPartCreate(startAddr, size); ``` - 安全分配：双重校验机制 ```armasm LDR R0, [R1] ; 加载指针 CBZ R0, error ; 空指针检测 LDR R2, [R0] ; 有效性验证 ``` $\boxed{对比表格}$ | 特性 | Linux内核 | RTOS内核 | |---------------------|---------------------------|--------------------------| | 分配时间确定性 | 非实时（μs级波动） | 严格确定（ns级精度） | | 内存保护 | 依赖MMU | 通常无MMU | | 碎片处理 | 定期compact | 预分配静态池 | | 最大分配单元 | 可达GB级 | 通常MB级以下 | | 错误处理 | OOM Killer干预 | 立即返回错误或系统复位 | $\textcolor{green}{三、开发实践要点}$ 1. **Linux内核模块示例** ```c #include <linux/slab.h> void *buf = kmalloc(1024, GFP_KERNEL); if (!buf) { printk(KERN_ERR "Allocation failed\n"); return -ENOMEM; } kfree(buf); ``` 2. **RTOS安全模式示例（FreeRTOS）** ```c #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 1 void vApplicationMallocFailedHook(void) { taskDISABLE_INTERRUPTS(); /* 紧急处理 */ for(;;); } ``` 3. **混合方案设计** ```c // 时间关键部分使用静态分配 static uint8_t critical_buffer[512]; // 非关键部分动态分配 void *temp_buf = pvPortMalloc(1024); ``` $\textcolor{red}{关键差异根源}$： - Linux面向吞吐量优化，接受一定延迟换取更高效率 - RTOS为保证实时性，采用更保守的内存策略 $\boxed{选择建议}$ $$ \text{选择策略} = \begin{cases} \text{Linux} & \text{当需要复杂内存管理且非实时} \\ \text{RTOS} & \text{当需要确定性响应（工业控制等）} \end{cases} $$
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