LINUX内核定时器

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一、内核时间管理简介

  • 系统节拍设置(hz)
make menuconfig
-> Kernel Features
    -> Timer frequency (<choice> [=y])
有100Hz、200Hz、250Hz、300Hz、500Hz、1000Hz的选项，默认为100Hz，也就是1秒100个节拍，一个节拍10ms。
  • 系统节拍的代码体现
/* Linux 内核使用全局变量jiffies来记录系统从启动以来的系统节拍数，系统启动的时候会将 jiffies 初始化为 0， jiffies 定义在文件 include/linux/jiffies.h 中 */
extern u64 __jiffy_data jiffies_64; /* 64位 */
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies; /* 32位 */
  • 系统节拍相关API函数
函数(unkown位jiffies) 作用
time_after(unkown, known) unkown 超过 known 的话， time_after 函数返回真
time_before(unkown, known) known 超过 unknown 的话， time_before 函数返回真
time_after_eq(unkown, known) 与time_after一样，只是多了等于
time_before_eq(unkown, known) 与time_before一样，只是多了等于
  • 系统节拍与时间的转换函数
函数 作用
int jiffies_to_msecs(const unsigned long j) j2ms
int jiffies_to_usecs(const unsigned long j) j2us
u64 jiffies_to_nsecs(const unsigned long j) j2ns
long msecs_to_jiffies(const unsigned int m) ms2j
long usecs_to_jiffies(const unsigned int u) us2j
unsigned long nsecs_to_jiffies(u64 n) ns2j

二、内核定时器简介

  • 内核定时器结构体
struct timer_list {
    struct list_head entry;
    unsigned long expires; /* 定时器超时时间，单位是节拍数 */
    struct tvec_base *base;
    
    void (*function)(unsigned long); /* 定时处理函数 */
    unsigned long data; /* 要传递给 function 函数的参数 */
    int slack;
};
  • 定时器API函数
函数 描述
void init_timer(struct timer_list *timer) 初始化 timer_list 类型变量
void add_timer(struct timer_list *timer) 向 Linux 内核注册定时器，激活该定时器。
int del_timer(struct timer_list * timer) 删除一个定时器
int del_timer_sync(struct timer_list *timer) del_timer_sync 函数是 del_timer 函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires) mod_timer 函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话， mod_timer 函数会激活定时器！
  • linux内核延时API函数
函数 描述
void ndelay(unsigned long nsecs) 延时ns
void udelay(unsigned long usecs) 延时us
void mdelay(unsigned long mseces) 延时ms

三、定时器配置模板

struct timer_list timer 

/* 定时器回调函数 */
void function(unsigned long arg)
{
    /* 定时器到时处理代码 */
    /* 若要求周期运行则重置定时器,假定2000ms */
    mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(2000))
}

void init(void)
{
    init_timer(&timer);

    timer.function = function;
    timer.expires = jiffies + msecs_to_jiffies(2000);
    timer.data = (unsigned long)&dev;
    
    add_timer(&timer)
}

void exit(void)
{
    del_timer_sync(&timer);
}

四、内核定时器在LED驱动中的应用

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#define TIMER_CNT		1		/* 设备号个数 	*/
#define TIMER_NAME		"timer"	/* 名字 		*/
#define CLOSE_CMD 		(_IO('a', 0x1))	/* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD		(_IO('a', 0x2))	/* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD	(_IO('a', 0x3))	/* 设置定时器周期命令 */
#define LEDON 			1		/* 开灯 */
#define LEDOFF 			0		/* 关灯 */

/* timer设备结构体 */
struct timer_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;	/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	int major;				/* 主设备号	  */
	int minor;				/* 次设备号   */
	struct device_node	*nd; /* 设备节点 */
	int led_gpio;			/* key所使用的GPIO编号		*/
	int timeperiod; 		/* 定时周期,单位为ms */
	struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
	spinlock_t lock;		/* 定义自旋锁 */
};

struct timer_dev timerdev;	/* timer设备 */

/*
 * @description	: 初始化LED灯IO，open函数打开驱动的时候
 * 				  初始化LED灯所使用的GPIO引脚。
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int led_init(void)
{
	int ret = 0;

	timerdev.nd = of_find_node_by_path("/pled");
	if (timerdev.nd== NULL) {
		return -EINVAL;
	}

	timerdev.led_gpio = of_get_named_gpio(timerdev.nd ,"gpio", 0);
	if (timerdev.led_gpio < 0) {
		printk("can't get led\r\n");
		return -EINVAL;
	}
	
	/* 初始化led所使用的IO */
	gpio_request(timerdev.led_gpio, "led");		/* 请求IO 	*/
	ret = gpio_direction_output(timerdev.led_gpio, 1);
	if(ret < 0) {
		printk("can't set gpio!\r\n");
	}
	return 0;
}

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	int ret = 0;
	filp->private_data = &timerdev;	/* 设置私有数据 */

	timerdev.timeperiod = 1000;		/* 默认周期为1s */
	ret = led_init();				/* 初始化LED IO */
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	return 0;
}

/*
 * @description		: ioctl函数，
 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - cmd 	: 应用程序发送过来的命令
 * @param - arg 	: 参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	struct timer_dev *dev =  (struct timer_dev *)filp->private_data;
	int timerperiod;
	unsigned long flags;
	
	switch (cmd) {
		case CLOSE_CMD:		/* 关闭定时器 */
			del_timer_sync(&dev->timer);
			break;
		case OPEN_CMD:		/* 打开定时器 */
			spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
			timerperiod = dev->timeperiod;
			spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
			mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));
			break;
		case SETPERIOD_CMD: /* 设置定时器周期 */
			spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
			dev->timeperiod = arg;
			spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
			mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
			break;
		default:
			break;
	}
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations timer_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = timer_open,
	.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};

/* 定时器回调函数 */
void timer_function(unsigned long arg)
{
	struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;
	static int sta = 1;
	int timerperiod;
	unsigned long flags;

	sta = !sta;		/* 每次都取反，实现LED灯反转 */
	gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);
	
	/* 重启定时器 */
	spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
	timerperiod = dev->timeperiod;
	spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
	mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod)); 
 }

/*
 * @description	: 驱动入口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init timer_init(void)
{
	/* 初始化自旋锁 */
	spin_lock_init(&timerdev.lock);

	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (timerdev.major) {		/*  定义了设备号 */
		timerdev.devid = MKDEV(timerdev.major, 0);
		register_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT, TIMER_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&timerdev.devid, 0, TIMER_CNT, TIMER_NAME);	/* 申请设备号 */
		timerdev.major = MAJOR(timerdev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		timerdev.minor = MINOR(timerdev.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	
	/* 2、初始化cdev */
	timerdev.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&timerdev.cdev, &timer_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&timerdev.cdev, timerdev.devid, TIMER_CNT);

	/* 4、创建类 */
	timerdev.class = class_create(THIS_MODULE, TIMER_NAME);
	if (IS_ERR(timerdev.class)) {
		return PTR_ERR(timerdev.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	timerdev.device = device_create(timerdev.class, NULL, timerdev.devid, NULL, TIMER_NAME);
	if (IS_ERR(timerdev.device)) {
		return PTR_ERR(timerdev.device);
	}
	
	/* 6、初始化timer，设置定时器处理函数,还未设置周期，所有不会激活定时器 */
	init_timer(&timerdev.timer);
	timerdev.timer.function = timer_function;
	timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit timer_exit(void)
{
	
	gpio_set_value(timerdev.led_gpio, 1);	/* 卸载驱动的时候关闭LED */
	del_timer_sync(&timerdev.timer);		/* 删除timer */
#if 0
	del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif

	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&timerdev.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT); /* 注销设备号 */

	device_destroy(timerdev.class, timerdev.devid);
	class_destroy(timerdev.class);
}

module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ht");
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