Linux内核开发之中断与时钟(三)

  晚上7点10分..

“小涛哥，这章不是叫Linux设备驱动程序之中断与时钟，前边你讲了中断，还给了我很多模版，我都看懂了，这次是不是要开始讲时钟了..”

“真聪明，越来越喜欢你这聪明的样子了，说的不错，今天就要开始一个新的模块--内核时钟”我很少夸人，为啥今天夸她呢了，呵呵.

  定时器，意思大家都明白，我就不说了，要是不明白，把它想成个闹钟总可以吧..

  定时器分为硬件和软件定时器，软件定时器最终还是要依靠硬件定时器来完成。内核在时钟中断发生后检测各定时器是否到期，到期后的定时器处理函数将作为软中断在底半部执行。实质上，时钟中断处理程序执行update_process_timers函数，该函数调用run_local_timers函数，这个函数处理TIMER_SOFTIRQ软中断，运行当前处理上到期的所有定时器。

Linux内核中定义提供了一些用于操作定时器的数据结构和函数如下：

1)timer_list:说定时器，当然要来个定时器的结构体

  struct timer_list{
     struct list_head entry;  //定时器列表
      unsigned long expires;  //定时器到期时间
      void (*function)(unsigned long) ;//定时器处理函数
      unsigned long data;   //作为参数被传入定时器处理函数
      struct timer_base_s *base;
}

2)初始化定时器：void init_timer(struct timer_list *timer);经过这个初始化后，entry的next为NULL,并给base赋值
3)增加定时器：void add_timer(struct timer_list *timer); 该函数用于注册内核定时器，并将定时器加入到内核动态定时器链表中。

4)删除定时器：int del_timer(struct timer_list *timer);

  说明：del_timer_sync是del_timer的同步版，主要在多处理器系统中使用，如果编译内核时不支持SMP,del_timer_sync和del_timer等价.

5)修改定时器：int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);

下边是一个使用定时器的模版：

struct xxx_dev  /*second设备结构体*/ 
{
  struct cdev cdev; /*cdev结构体*/
  ...
  struct timer_list xxx_timer; /*设备要使用的定时器*/
};
int xxx_func1(...)  //xxx驱动中某函数 
{
  struct xxx_dev *dev = filp->private_data;
    ...
  /*初始化定时器*/
  init_timer(&dev->xxx_timer);
  dev->xxx_timer.function = &xxx_do_handle;
  dev->xxx_timer.data = (unsigned long)dev;
  dev->xxx_timer.expires = jiffies + delay;
  
  add_timer(&dev->xxx_timer); /*添加（注册）定时器*/
  ...
  return 0;
}
int xxx_func2(...)   //驱动中某函数 
{
  ...
  del_timer(&second_devp->s_timer);
  ...
}
static void xxx_do_timer(unsigned long arg)  //定时器处理函数 
{
  struct xxx_device *dev = (struct xxx_device *)(arg);
    ...
    //调度定时器再执行
  dev->xxx_timer.expires = jiffies + delay;
  add_timer(&dev->xxx_timer);
}

在定时器函数中往往会在做完具体工作后，延迟expires并将定时器再次添加到内核定时器链表中，以便定时器能被再次触发(这句话我也是从别处抄来的，别告诉小王哈)。

在内核定时器中，常常少不了要说下内核延迟的事，请接着往下看：

1）短延迟：在linux内核中提供了三个函数来分别实现纳秒，微秒，毫秒延迟,原理上是忙等待，它根据CPU频率进行一定次数的循环

void ndelay(unsigned long nsecs);                   void udelay(unsigned long usecs);                 void mdelay(unsigned long msecs);

毫秒延迟已经相当大了，当然更秒延迟当然要小一些，在内核中，为了性能，最好不要用mdelay，这会耗费大量cpu资源，那么咋办呢，凉拌..

void msleep(unsigned int millisecs);   unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs);   void ssleep(unsigned int seconds);

这三个是内核专门提供该我们用来处理毫秒以上的延迟。上述函数将使得调用它的进程睡眠参数指定的秒数，其中第二个是可以被打断的，其余的两个是不可以的。

2）长延迟:内核中进行延迟最常用的方法就是比较当前的jiffies和目标jiffies(当前的加上时间间隔的jiffies)，直到未来的jiffies达到目标jiffies。比如：

unsigned long delay = jiffies + 100;  //延迟100个jiffies
while(time_before(jiffies, delay));

与time_before对应的还有一个time_after().其实就是#define time_before(a,b)  time_after(b,a);

另外两个是time_after_eq(a,b)和time_before_eq(a,b)

3)睡着延迟：这显然是比忙等待好的方法，因为在未到来之前，进程会处于睡眠状态，把CPU空出来，让CPU可以做别的事情，等时间到了，调用schedule_timeout()就可以唤醒它并重新调度执行。msleep和msleep_interruptible本质上都是依靠包含了schedule_timeout的schedule_timeout_uninterruptible()和schedule_

timeout_interruptible()实现。就像下边这样：

void msleep(unsigned int msecs)   

{
    unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1;
    while(timeout)
         timeout = schedule_timeout_uninterruptible(timeout);
}
unsigned long msleep_interruptible(unsigned int msecs)
{
    unsigned long timeout = msecs_to_jiffies(msecs) + 1;
    while(timeout && !signal_pending(current))
         timeout = schedule_timeout_interruptible(timeout);
    return jiffies_to_msecs(timeout);
}

signed long __sched schedule_timeout_interruptible()signed long timeout)
{
    __set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
    return schedule_timeout(timeout);
}
signed long __sched schedule_timeout_uninterruptible()signed long timeout)
{
    __set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
    return schedule_timeout(timeout);
}

另外还有如下：

time_on_timeout(wait_queue_head_t *q, unsigned long  timeout);

interruptible_sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q, unsigned long timeout);

这两个将当前进程添加到等待队列，从而在等待队列上睡眠，当超时发生时，进程将被唤醒。

 

“小王，有关中断和系统时钟的咱们也讲完了，下次就给你来一个有关系统时钟的设备驱动例子，巩固一下吧，你可要抓紧哦..“