clock可以说是操作系统正常运行的发动机，整个操作系统的活动都受到它的激励。系统利用时钟中断维持系统时间、促使任务调度，以保证所有进程共享CPU资源；可以说，“时钟中断”是整个操作系统的脉搏。
那你是否好奇xenomai cobalt内核和Linux内核双内核共存的情况下，时间子系统是如何工作的？一个硬件时钟如何为两个操作系统内核提供服务的？本文将揭开xenomai双核系统下clock机制的面纱。
首先回看一下之前的文章xenomai内核解析之xenomai的组成结构。
我们说到：在内核空间，在标准linux基础上添加一个实时内核Cobalt，得益于基于ADEOS（Adaptive Domain Environment for Operating System），使Cobalt内核在内核空间与linux内核并存，并把标准的Linux内核作为实时内核中的一个idle进程在实时内核上调度。
“并把标准的Linux内核作为实时内核中的一个idle进程在实时内核上调度“，这句话是本文的重点，接下我们先从Linux时间子系统介绍。
中间部分为个人分析代码简单记录，比较啰嗦，如果你只是想知道xenomai时钟子系统与linux时钟子系统之间的关系可直接到2.6 xenomai内核下Linux时钟工作流程查看总结。
一、linux时间子系统
linux时间子系统是一个很大的板块，控制着linux的方方面面。这里只说双核相关的部分。即侧重于Linux与底层硬件交互这一块。
关于Linux时间子系统的详细内容，请移步蜗窝科技关系Linux 时间子系统专栏。文章中Linux时间子系统大部分内容来自于此，在此谢过~
Linux时间子系统框架大致如下：
1.1 tick device
处理器采用时钟定时器来周期性地提供系统脉搏。时钟中断是普通外设中断的一种。调度器利用时钟中断来定时检测当前正在运行的线程是否需要调度。提供时钟中断的设备就是tick device。
如今在多核架构下，每个CPU形成了自己的一个小系统，有自己的调度、自己的进程统计等，这个小系统拥有自己的tick device，而且每个CPU上tick device是唯一的，tick device可以工作在periodic mode或者one shot mode，这是和系统配置有关(由于中断的处理会影响实时性，一般将xenomai所在CPU的tick device配置工作在one shot mode模式)。
因此，整个系统中，在tick device layer，有多少个cpu，就会有多少个tick device，称为local tick device。当然，有些事情（例如整个系统的负荷计算）不适合在local tick驱动下进行，因此，所有的local tick device中会有一个被选择做global tick device，该device负责维护整个系统的jiffies，更新wall clock，计算全局负荷什么的。tick_device 数据结构如下：
/*tick device可以工作在两种模式下，一种是周期性tick模式，另外一种是one shot模式。*/ enumtick_device_mode{ TICKDEV_MODE_PERIODIC, TICKDEV_MODE_ONESHOT,/*oneshot模式主要和tickless系统以及高精度timer有关*/ }; structtick_device{ structclock_event_device*evtdev; enumtick_device_modemode; };1.2 clock event和clock source
tick device依赖于底层硬件产生定时事件来推动运行，这些产生定时事件的硬件是timer，除此之外还需要一个在指定输入频率的clock下工作的一个counter来提供计时。对形形色色的timer和counter硬件，linux kernel抽象出了通用clock event layer和通用clock source模块，这两个模块和硬件无关。
所谓clock source是用来抽象一个在指定输入频率的clock下工作的一个counter。clock event提供的是一定周期的event，如果应用程序需要读取当前的时间，比如ns精度时，就需要通过timekeeping从clock source中获取与上个tick之间的时间后返回此时时间。底层的clock source chip驱动通过调用通用clock event和clock source模块的接口函数，注册clock source和clock event设备。
intclocksource_register(structclocksource*cs) voidclockevents_register_device(structclock_event_device*dev)1.3 clock event 设备注册
每个CPU上tick device是唯一的，但为Tick device提供tick event的timer硬件并不唯一，如上图中有Lapic-timer、lapic-deadline、Hpet等，有多少个timer硬件就注册多少个clock event device，各个cpu的tick device会选择自己适合的那个clock event设备。
clock_event_devic结构如下： structclock_event_device{ void(*event_handler)(structclock_event_device*); int(*set_next_event)(unsignedlongevt,structclock_event_device*); int(*set_next_ktime)(ktime_texpires,structclock_event_device*); ktime_tnext_event; u64max_delta_ns; u64min_delta_ns; u32mult; u32shift; enumclock_event_statestate_use_accessors; unsignedintfeatures; unsignedlongretries; int(*set_state_periodic)(structclock_event_device*); int(*set_state_oneshot)(structclock_event_device*); int(*set_state_oneshot_stopped)(structclock_event_device*); int(*set_state_shutdown)(structclock_event_device*); int(*tick_resume)(structclock_event_device*); void(*broadcast)(conststructcpumask*mask); void(*suspend)(structclock_event_device*); void(*resume)(structclock_event_device*); unsignedlongmin_delta_ticks; unsignedlongmax_delta_ticks; constchar*name; intrating; intirq; intbound_on; conststructcpumask*cpumask; structlist_headlist; …… }____cacheline_aligned;简要说下各成员变量的含义：
event_handler产生了clock event的时候调用的handler，硬件timer中断到来的时候调用该timer中断handler，而在这个中断handler中再调用event_handler。
set_next_event设定产生下一个event。一般是clock的counter的cycle数值,一般的timer硬件都是用cycle值设定会比较方便，当然，不排除有些奇葩可以直接使用ktime（秒、纳秒），这时候clock event device的features成员要打上CLOCK_EVT_FEAT_KTIME的标记使用set_next_ktime()函数设置。
set_state_periodic、set_state_oneshot、set_state_shutdown设置各个模式的配置函数。
broadcast上面说到每个cpu有一个tcik device外还需要一个全局的clock event，为各CPU提供唤醒等功能。
rating该clock evnet的精度等级，在选做tick device时做参考。
irq 该clock event对应的系统中断号。
voidclockevents_register_device(structclock_event_device*dev) { unsignedlongflags; …… if(!dev->cpumask){ WARN_ON(num_possible_cpus()>1); dev->cpumask=cpumask_of(smp_processor_id()); } list_add(&dev->list,&clockevent_devices);/*加入clockevent设备全局列表*/ tick_check_new_device(dev);/*让上层软件知道底层又注册一个新的clockdevice，当然，是否上层软件要使用这个新的clockeventdevice是上层软件的事情*/ clockevents_notify_released(); …… }clock event device的cpumask指明该设备为哪一个CPU工作，如果没有设定并且cpu的个数大于1的时候要给出warning信息并进行设定（设定为当前运行该代码的那个CPU core）。在multi core的环境下，底层driver在调用该接口函数注册clock event设备之前就需要设定cpumask成员，毕竟一个timer硬件附着在哪一个cpu上底层硬件最清楚。这里只是对未做设定的的设定为当前CPU。
将新注册的clockevent device添加到全局链表clockevent_devices，然后调用tick_check_new_device()让上层软件知道底层又注册一个新的clock device，当然，是否上层软件会通过一系列判断后来决定是否使用这个clock event作为tick device。如果被选作tick device 会为该clock event设置回调函数event_handler，如上图所示：event_handler不同的模式会被设置为tick_handle_periodic()、hrtimer_interrupt()或tick_nohz_handler()。代码详细解析，后面会简要说明；
对应x86平台，clock event device有APIC-timer、hept,hept的rating没有lapic timer高。所以每个CPU上的loacl-apic timer作为该CPU的tick device。
//archx86kernelhpet.c staticstructclock_event_devicelapic_clockevent={ .name=”lapic”, .features=CLOCK_EVT_FEAT_PERIODIC| CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT|CLOCK_EVT_FEAT_C3STOP |CLOCK_EVT_FEAT_DUMMY, .shift=32, .set_state_shutdown=lapic_timer_shutdown, .set_state_periodic=lapic_timer_set_periodic, .set_state_oneshot=lapic_timer_set_oneshot, .set_state_oneshot_stopped=lapic_timer_shutdown, .set_next_event=lapic_next_event, .broadcast=lapic_timer_broadcast, .rating=100, .irq=-1, }; //archx86kernelapicapic.c staticstructclock_event_devicehpet_clockevent={ .name=”hpet”, .features=CLOCK_EVT_FEAT_PERIODIC| CLOCK_EVT_FEAT_ONESHOT, .set_state_periodic=hpet_legacy_set_periodic, .set_state_oneshot=hpet_legacy_set_oneshot, .set_state_shutdown=hpet_legacy_shutdown, .tick_resume=hpet_legacy_resume, .set_next_event=hpet_legacy_next_event, .irq=0, .rating=50, };apic的中断函数smp_apic_timer_interrupt(),然后调用local_apic_timer_interrupt()：
__visiblevoid__irq_entrysmp_apic_timer_interrupt(structpt_regs*regs) { structpt_regs*old_regs=set_irq_regs(regs); /* *NOTE!WedbetterACKtheirqimmediately, *becausetimerhandlingcanbeslow. * *update_process_times()expectsustohavedoneirq_enter(). *Besides,ifwedonttimerinterruptsignoretheglobal *interruptlock,whichistheWrongThing(tm)todo. */ entering_ack_irq(); trace_local_timer_entry(LOCAL_TIMER_VECTOR); local_apic_timer_interrupt();/*执行handle*/ trace_local_timer_exit(LOCAL_TIMER_VECTOR); exiting_irq(); set_irq_regs(old_regs); } staticvoidlocal_apic_timer_interrupt(void) { structclock_event_device*evt=this_cpu_ptr(&lapic_events); if(!evt->event_handler){ pr_warning(“SpuriousLAPICtimerinterruptoncpu%d “, smp_processor_id()); /*Switchitoff*/ lapic_timer_shutdown(evt); return; } inc_irq_stat(apic_timer_irqs); evt->event_handler(evt);/*执行event_handler*/ }local_apic_timer_interrupt()先获得产生该中断的clock_event_device，然后执行event_handler()。
1.4 clock source设备注册
linux 中clock source主要与timekeeping模块关联，这里不细说，查看系统中的可用的clock source： $cat/sys/devices/system/clocksource/clocksource0/available_clocksource tschpetacpi_pm查看系统中当前使用的clock source的信息：
$cat/sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource tsc这里主要说一下与xenomai相关的clock source 设备TSC(Time Stamp Counter)，x86处理器提供的TSC是一个高分辨率计数器，以恒定速率运行（在较旧的处理器上，TSC计算内部处理器的时钟周期，这意味着当处理器的频率缩放比例改变时，TSC的频率也会改变，现今的TSC在处理器的所有操作状态下均以恒定的速率运行，其频率远远超过了处理器的频率），可以用单指令RDTSC读取。
structclocksourceclocksource_tsc={ .name=”tsc”, .rating=300, .read=read_tsc, .mask=CLOCKSOURCE_MASK(64), .flags=CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS| CLOCK_SOURCE_MUST_VERIFY, .archdata={.vclock_mode=VCLOCK_TSC}, .resume=tsc_resume, .mark_unstable=tsc_cs_mark_unstable, .tick_stable=tsc_cs_tick_stable, };tsc在init_tsc_clocksource()中调用int clocksource_register(struct clocksource *cs)注册，流程如下：
1.调用__clocksource_update_freq_scale(cs, scale, freq)，根据tsc频率计算mult和shift，具体计算流程文章实时内核与linux内核时钟漂移过大原因.docx已分析过。
2.调用clocksource_enqueue(cs)根据clock source按照rating的顺序插入到全局链表clock source list中
3.选择一个合适的clock source。kernel当然是选用一个rating最高的clocksource作为当前的正在使用的那个clock source。每当注册一个新的clock source的时候调用clocksource_select进行选择，毕竟有可能注册了一个精度更高的clock source。X86系统中tsc rating最高，为300。
到此clock source注册就注册完了。
1.5 时间子系统的数据流和控制流
上面说到tick device的几种模式，下面结合整个系统模式说明。高精度的timer需要高精度的clock event，工作在one shot mode的tick device工提供高精度的clock event(clockeventHandler中处理高精度timer)。因此，基于one shot mode下的tick device，系统实现了高精度timer，系统的各个模块可以使用高精度timer的接口来完成定时服务。
虽然有了高精度timer的出现, 内核并没有抛弃老的低精度timer机制(内核开发人员试图整合高精度timer和低精度的timer，不过失败了，所以目前内核中，两种timer是同时存在的)。当系统处于高精度timer的时候（tick device处于one shot mode），系统会setup一个特别的高精度timer（可以称之sched timer），该高精度timer会周期性的触发，从而模拟的传统的periodic tick，从而推动了传统低精度timer的运转。
因此，一些传统的内核模块仍然可以调用经典的低精度timer模块的接口。系统可根据需要配置为以下几种模式，具体配置见其他文档：
1、使用低精度timer + 周期tick根据当前系统的配置情况（周期性tick），会调用tick_setup_periodic函数，这时候，该tick device对应的clock event device的clock event handler被设置为tick_handle_periodic。底层硬件会周期性的产生中断，从而会周期性的调用tick_handle_periodic从而驱动整个系统的运转。
这时候高精度timer模块是运行在低精度的模式，也就是说这些hrtimer虽然是按照高精度timer的红黑树进行组织，但是系统只是在每一周期性tick到来的时候调用hrtimer_run_queues函数，来检查是否有expire的hrtimer。毫无疑问，这里的高精度timer也就是没有意义了。
2、低精度timer + Dynamic Tick
系统开始的时候并不是直接进入Dynamic tick mode的，而是经历一个切换过程。开始的时候，系统运行在周期tick的模式下，各个cpu对应的tick device的（clock event device的）event handler是tick_handle_periodic。在timer的软中断上下文中，会调用tick_check_oneshot_change进行是否切换到one shot模式的检查，如果系统中有支持one-shot的clock event device，并且没有配置高精度timer的话，那么就会发生tick mode的切换（调用tick_nohz_switch_to_nohz），这时候，tick device会切换到one shot模式，而event handler被设置为tick_nohz_handler。
由于这时候的clock event device工作在one shot模式，因此当系统正常运行的时候，在event handler中每次都要reprogram clock event，以便正常产生tick。当cpu运行idle进程的时候，clock event device不再reprogram产生下次的tick信号，这样，整个系统的周期性的tick就停下来。高精度timer和低精度timer的工作原理同上。
3、高精度timer + Dynamic Tick
同样的，系统开始的时候并不是直接进入Dynamic tick mode的，而是经历一个切换过程。系统开始的时候是运行在周期tick的模式下，event handler是tick_handle_periodic。在周期tick的软中断上下文中（参考run_timer_softirq），如果满足条件，会调用hrtimer_switch_to_hres将hrtimer从低精度模式切换到高精度模式上。这时候，系统会有下面的动作：
(1)Tick device的clock event设备切换到oneshot mode（参考tick_init_highres函数）
(2)Tick device的clock event设备的event handler会更新为hrtimer_interrupt（参考tick_init_highres函数）
(3)设定sched timer（即模拟周期tick那个高精度timer，参考tick_setup_sched_timer函数）这样，当下一次tick到来的时候，系统会调用hrtimer_interrupt来处理这个tick（该tick是通过sched timer产生的）。
在Dynamic tick的模式下，各个cpu的tick device工作在one shot模式，该tick device对应的clock event设备也工作在one shot的模式，这时候，硬件Timer的中断不会周期性的产生，但是linux kernel中很多的模块是依赖于周期性的tick的，因此，在这种情况下，系统使用hrtime模拟了一个周期性的tick。
在切换到dynamic tick模式的时候会初始化这个高精度timer，该高精度timer的回调函数是tick_sched_timer。这个函数执行的函数类似周期性tick中event handler执行的内容。不过在最后会reprogram该高精度timer，以便可以周期性的产生clock event。当系统进入idle的时候，就会stop这个高精度timer，这样，当没有用户事件的时候，CPU可以持续在idle状态，从而减少功耗。4、高精度timer + 周期性Tick
这种配置不多见，多半是由于硬件无法支持one shot的clock event device，这种情况下，整个系统仍然是运行在周期tick的模式下。
总结一下：linux启动过程中初始化时钟系统，当xenomai内核未启动时，linux直接对底层硬件lapic-timer编程，底层硬件lapic-timer产生中断推动整个Linux中的各个时钟及调度运行。
我们可以将Linux抽出如下图，只需要为Linux提供设置下一个时钟事件set_next_event()和提供event触发eventHandler()执行两个接口就能推动整个linux时间子系统运转，下面解析Xenomai是怎样为linux提供这两个接口的,达到控制整个时钟系统的。
二、xenomai时间子系统
2.1 xnclock
我们知道x86下每个cpu核有一个lapic，lapic中有定时硬件lapic-timer和hpet。tsc作为timeline，提供计时，lapic-timer用来产生clock event。对于现今X86 CPU 操作系统一般都是使用TSC和lapic-timer作为clock source和clock event，因为精度最高(Atom 系列处理器可能会有区别).
xenomai的默认时间管理对象是xnclock，xnclock管理着xenomai整个系统的时间、任务定时、调度等，xnclok的默认时钟源为TSC。当然我们可以自定义clocksource。比如在TSC不可靠的系统上，可以使用外部定时硬件来作为时钟源，当自定义时钟时需要实现结构体中的宏CONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK包含的几个必要函数,且编译配置使能CONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK。
注意：这里的自定义时钟源只是将TSC替换为其他时钟源，产生event的还是lapic-timer.
structxnclock{ /**(ns)*/ xnticks_twallclock_offset;/*获取时钟偏移：timekeeping – tsc*/ /**(ns)*/ xnticks_tresolution; /**(rawclockticks).*/ structxnclock_gravitygravity; /**Clockname.*/ constchar*name; struct{ #ifdefCONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK xnticks_t(*read_raw)(structxnclock*clock); xnticks_t(*read_monotonic)(structxnclock*clock); int(*set_time)(structxnclock*clock, conststructtimespec*ts); xnsticks_t(*ns_to_ticks)(structxnclock*clock, xnsticks_tns); xnsticks_t(*ticks_to_ns)(structxnclock*clock, xnsticks_tticks); xnsticks_t(*ticks_to_ns_rounded)(structxnclock*clock, xnsticks_tticks); void(*program_local_shot)(structxnclock*clock, structxnsched*sched); void(*program_remote_shot)(structxnclock*clock, structxnsched*sched); #endif int(*set_gravity)(structxnclock*clock, conststructxnclock_gravity*p); void(*reset_gravity)(structxnclock*clock); #ifdefCONFIG_XENO_OPT_VFILE void(*print_status)(structxnclock*clock, structxnvfile_regular_iterator*it); #endif }ops; /*Privatesection.*/ structxntimerdata*timerdata; intid; #ifdefCONFIG_SMP /**PossibleCPUaffinityofclockbeat.*/ cpumask_taffinity; #endif #ifdefCONFIG_XENO_OPT_STATS structxnvfile_snapshottimer_vfile; structxnvfile_rev_tagtimer_revtag; structlist_headtimerq; intnrtimers;/*统计挂在xnclockxntimer的数量*/ #endif/*CONFIG_XENO_OPT_STATS*/ #ifdefCONFIG_XENO_OPT_VFILE structxnvfile_regularvfile;//vfile.ops=&clock_ops #endif };wallclock_offset
:linux系统wall time(1970开始的时间值)与系统TSC cycle转换为时间的偏移
resolution：该xnclock的精度
struct xnclock_gravity gravity:该xnclok下，中断、内核、用户空间程序定时器的调整量，对系统精确定时很重要，后面会说到。 structxnclock_gravity{ unsignedlongirq; unsignedlongkernel; unsignedlonguser; };ops：该xnclok的各操作函数。
timerdata：xntimer 管理结构头节点，当系统中使用红黑树来管理xntimer时，他是红黑树head节点，当系统使用优先级链表来管理时它是链表头节点，系统会为每个cpu分配一个timerdata，管理着本CPU上已启动的xntimer，当为红黑树时head始终指向最近到期的xntimer，当某个cpu上一个clockevent到来时，xnclock会从该CPU timerdata取出head指向的那个timer看是否到期，然后进一步处理。
#ifdefined(CONFIG_XENO_OPT_TIMER_RBTREE) typedefstruct{ structrb_rootroot; xntimerh_t*head; }xntimerq_t; #else typedefstructlist_headxntimerq_t; #endif structxntimerdata{ xntimerq_tq; };timerq：不论是属于哪个cpu的xntimer初始化后都会挂到这个链表上，nrtimers挂在timerq上xntimer的个数
vfile：proc文件系统操作接口，可通过proc查看xenomai clock信息。
cat/proc/xenomai/clock/coreclok gravity:irq=99kernel=1334user=1334 devices:timer=lapic-deadline,clock=tsc status:on setup:99 ticks:376931548560(0057c2defd90)gravity即xnclock中的结构体gravity的值，devices表示xenomai用于产生clock event的硬件timer，clock为xnclock计时的时钟源。
xenomai 内核默认定义xnclock如下，名字和结构体名一样，至于xnclock怎么和硬件timer 、tsc联系起来后面分析： structxnclocknkclock={ .name=”coreclk”, .resolution=1,/*nanosecond.*/ .ops={ .set_gravity=set_core_clock_gravity, .reset_gravity=reset_core_clock_gravity, .print_status=print_core_clock_status, }, .id=-1, };2.2 xntimer
实时任务的所有定时行为最后都会落到内核中的xntimer上，而xnclock管理着硬件clock event，xntimer要完成定时就需要xnclock来获取起始时间，xntimer结构如下：
structxntimer{ #ifdefCONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK structxnclock*clock; #endif /**Linkintimerslist.*/ xntimerh_taplink; structlist_headadjlink; /**Timerstatus.*/ unsignedlongstatus; /**Periodicinterval(clockticks,0==oneshot).*/ xnticks_tinterval; /**Periodicinterval(nanoseconds,0==oneshot).*/ xnticks_tinterval_ns; /**Countoftimerticksinperiodicmode.*/ xnticks_tperiodic_ticks; /**Firsttickdateinperiodicmode.*/ xnticks_tstart_date; /**Dateofnextperiodicreleasepoint(timerticks).*/ xnticks_tpexpect_ticks; /** Sched structure to which the timer is attached. 附加计时器的Sched结构。*/ structxnsched*sched; /**Timeouthandler.*/ void(*handler)(structxntimer*timer); #ifdefCONFIG_XENO_OPT_STATS #ifdefCONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK structxnclock*tracker; #endif /**Timernametobedisplayed.*/ charname[XNOBJECT_NAME_LEN]; /**Timerholderintimebase.*/ structlist_headnext_stat; /**Numberoftimerschedules.*/ xnstat_counter_tscheduled; /**Numberoftimerevents.*/ xnstat_counter_tfired; #endif/*CONFIG_XENO_OPT_STATS*/ };clock
：当自定义外部时钟源时，使用外部时钟时的xnclock.
aplink:上面介绍新clock时说到timerdata，当xntimer启动是，aplink就会插入到所在cpu的timerdata中，当timerdata为红黑树时，aplink就是一个rb节点，否则是一个链表节点。分别如下： //优先级链表结构 structxntlholder{ structlist_headlink; xnticks_tkey; intprio; }; typedefstructxntlholderxntimerh_t; //树结构 typedefstruct{ unsignedlonglongdate; unsignedprio; structrb_nodelink; }xntimerh_t;系统默认配置以红黑树形式管理xntimer,date表示定时器的多久后到期；prio表示该定时器的优先级，当加入链表时先date来排序，如果几个定时器date相同就看优先级，优先级高的先处理；link为红黑树节点。
status：定时器状态，所有状态为如下：
#defineXNTIMER_DEQUEUED0x00000001/*没有挂在xnclock上*/ #defineXNTIMER_KILLED0x00000002/*该定时器已经被取消*/ #defineXNTIMER_PERIODIC0x00000004/*该定时器是一个周期定时器*/ #defineXNTIMER_REALTIME0x00000008/*定时器相对于Linuxwalltime定时*/ #defineXNTIMER_FIRED0x00000010/*定时已经到期*/ #defineXNTIMER_NOBLCK0x00000020/*非阻塞定时器*/ #defineXNTIMER_RUNNING0x00000040/*定时器已经start*/ #defineXNTIMER_KGRAVITY0x00000080/*该timer是一个内核态timer*/ #defineXNTIMER_UGRAVITY0x00000100/*该timer是一个用户态timer*/ #defineXNTIMER_IGRAVITY0/*该timer是一个中断timer*/interval、interval_ns:周期定时器的定时周期，分别是tick 和ns,0表示这个xntimer 是单次定时的。
handler：定时器到期后执行的函数。
sched:该timer所在的sched，每个cpu核上有一个sched，管理本cpu上的线程调度，timer又需要本cpu的lapic定时，所以指定了sched就指定了该timer所属cpu。
xntimer 使用需要先调用xntimer_init()初始化xntimer结构成员，然后xntimer_start()启动这个xntimer，启动timer就是将它插入xnclock管理的红黑树。
xntimer_init()是一个宏，内部调用__xntimer_init初始化timer，参数timer：需要初始化的timer；clock：该timer是依附于哪个xnclock,也就是说哪个xnclock来处理我是否触发，没有自定义就是xnclock，在timer_start的时候就会将这个timer挂到对应的xnclock上去；handler：该timer到期后执行的hanler；sched：timer所属的sched；flags：指定该timer标志。
#definexntimer_init(__timer,__clock,__handler,__sched,__flags) do{ __xntimer_init(__timer,__clock,__handler,__sched,__flags); xntimer_set_name(__timer,#__handler); }while(0) void__xntimer_init(structxntimer*timer, structxnclock*clock, void(*handler)(structxntimer*timer), structxnsched*sched, intflags) { spl_ts__maybe_unused; #ifdefCONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK timer->clock=clock; #endif xntimerh_init(&timer->aplink); xntimerh_date(&timer->aplink)=XN_INFINITE;//0 xntimer_set_priority(timer,XNTIMER_STDPRIO); timer->status=(XNTIMER_DEQUEUED|(flags&XNTIMER_INIT_MASK));//(0x01|flags&0x000001A0) timer->handler=handler; timer->interval_ns=0; timer->sched=NULL; /* *Setthetimeraffinity,preferablytoxnsched_cpu(sched)if *schedwasgiven,CPU0otherwise. */ if(sched==NULL) sched=xnsched_struct(0); xntimer_set_affinity(timer,sched); #ifdefCONFIG_XENO_OPT_STATS #ifdefCONFIG_XENO_OPT_EXTCLOCK timer->tracker=clock; #endif ksformat(timer->name,XNOBJECT_NAME_LEN,”%d/%s”, task_pid_nr(current),current->comm); xntimer_reset_stats(timer); xnlock_get_irqsave(&nklock,s); list_add_tail(&timer->next_stat,&clock->timerq); clock->nrtimers++; xnvfile_touch(&clock->timer_vfile); xnlock_put_irqrestore(&nklock,s); #endif/*CONFIG_XENO_OPT_STATS*/ }前面几行都是初始化xntimer 结构体指针，xntimer_set_affinity(timer, sched)表示将timer移到sched上(timer->shced=sched)。后面将这个初始化的time加到xnclock 的timerq队列，nrtimers加1。基本成员初始化完了，还有优先级没有设置，aplink中的优先级就代表了该timer的优先级：
staticinlinevoidxntimer_set_priority(structxntimer*timer, intprio) { xntimerh_prio(&timer->aplink)=prio;/*设置timer节点优先级*/ }启动一个定时器xntimer_start(）代码如下：
intxntimer_start(structxntimer*timer, xnticks_tvalue,xnticks_tinterval, xntmode_tmode) { structxnclock*clock=xntimer_clock(timer); xntimerq_t*q=xntimer_percpu_queue(timer); xnticks_tdate,now,delay,period; unsignedlonggravity; intret=0; trace_cobalt_timer_start(timer,value,interval,mode); if((timer->status&XNTIMER_DEQUEUED)==0) xntimer_dequeue(timer,q); now=xnclock_read_raw(clock); timer->status&=~(XNTIMER_REALTIME|XNTIMER_FIRED|XNTIMER_PERIODIC); switch(mode){ caseXN_RELATIVE: if((xnsticks_t)value< 0) return -ETIMEDOUT; date = xnclock_ns_to_ticks(clock, value) + now; break; case XN_REALTIME: timer->status|=XNTIMER_REALTIME; value-=xnclock_get_offset(clock); /*fallthrough*/ default:/*XN_ABSOLUTE||XN_REALTIME*/ date=xnclock_ns_to_ticks(clock,value); if((xnsticks_t)(date-now)<= 0) { if (interval == XN_INFINITE) return -ETIMEDOUT; /* * We are late on arrival for the first * delivery, wait for the next shot on the * periodic time line. */ delay = now – date; period = xnclock_ns_to_ticks(clock, interval); date += period * (xnarch_div64(delay, period) + 1); } break; } /* * To cope with the basic system latency, we apply a clock * gravity value, which is the amount of time expressed in * clock ticks by which we should anticipate the shot for any * outstanding timer. The gravity value varies with the type * of context the timer wakes up, i.e. irq handler, kernel or * user thread. */ gravity = xntimer_gravity(timer); xntimerh_date(&timer->aplink)=date-gravity; if(now>=xntimerh_date(&timer->aplink)) xntimerh_date(&timer->aplink)+=gravity/2; timer->interval_ns=XN_INFINITE; timer->interval=XN_INFINITE; if(interval!=XN_INFINITE){ timer->interval_ns=interval; timer->interval=xnclock_ns_to_ticks(clock,interval); timer->periodic_ticks=0; timer->start_date=date; timer->pexpect_ticks=0; timer->status|=XNTIMER_PERIODIC; } timer->status|=XNTIMER_RUNNING; xntimer_enqueue_and_program(timer,q); returnret; }启动一个timer即将该timer插入xnclock 红黑树xntimerq_t。参数value表示定时时间、interval为0表示这个timer是单次触发，非0表示周期定时器定时间隔，value和interval的单位由mode决定，当mode设置为XN_RELATIVE表示相对定时定时、XN_REALTIME为相对linux时间定时，时间都为ns，其他则为绝对定时单位为timer的tick。
首先取出红黑树根节点q，如果这个timer的状态是从队列删除（其他地方取消了这个定时器），就先把他从红黑树中删除。读取tsc得到此时tsc的tick值now，然后根据参数计算timer的到期时间date，中间将单位转换为ticks。下面开始设置红黑树中的最终值,xntimer_gravity(timer)根据这个timer为谁服务取出对应的gravity。
staticinlineunsignedlongxntimer_gravity(structxntimer*timer) { structxnclock*clock=xntimer_clock(timer); if(timer->status&XNTIMER_KGRAVITY)/*内核空间定时器*/ returnclock->gravity.kernel; if(timer->status&XNTIMER_UGRAVITY)/*用户空间定时器*/ returnclock->gravity.user; returnclock->gravity.irq;/*中断*/ }为什么要设置gravity呢?xenomai是个实时系统必须保证定时器的精确，xntimer都是由硬件timer产生中断后处理的，如果没有gravity，对于用户空间实时任务RT：假如此时时间刻度是0，该任务定时10us后触发定时器,10us后，产生了中断，此时时间刻度为10us,开始处理xntimer，然后切换回内核空间执行调度，最后切换回用户空间，从定时器到期到最后切换回RT也是需要时间的，已经超过RT所定的10us，因此，需要得到定时器超时->回到用户空间的这段时间gravity；不同空间的任务经过的路径不一样，所以针对kernel、user和irq分别计算gravity，当任务定时，定时器到期时间date-gravity才是xntimer的触发时间。当切换回原来的任务时刚好是定时时间。
gravity是怎样计算的，xenomai初始化相关文章分析；
最后将timer状态设置为XNTIMER_RUNNING，调用xntimer_enqueue_and_program(timer, q)将timer按超时时间date和优先级插入该CPU红黑树timedata,新加入了一个timer就需要重新看看，最近超时的timer是哪一个，然后设置底层硬件timer的下一个event时间，为最近一个要超时的timer date:
voidxntimer_enqueue_and_program(structxntimer*timer,xntimerq_t*q) { xntimer_enqueue(timer,q);/*添加到红黑树*/ if(xntimer_heading_p(timer)){/*这个timer处于第一个节点或者需要重新调度的sched的第二个节点*/ structxnsched*sched=xntimer_sched(timer);/*timer所在的sched*/ structxnclock*clock=xntimer_clock(timer);/*当前存数所在的CPU*/ if(sched!=xnsched_current())/*不是当前CPU任务的定时器*/ xnclock_remote_shot(clock,sched);/*给当前CPU发送ipipe_send_ipi(IPIPE_HRTIMER_IPI)，让sched对应CPU重新调度*/ else xnclock_program_shot(clock,sched);/*设置下一个oneshot*/ } } intxntimer_heading_p(structxntimer*timer) { structxnsched*sched=timer->sched; xntimerq_t*q; xntimerh_t*h; q=xntimer_percpu_queue(timer); h=xntimerq_head(q); if(h==&timer->aplink)/*timer就是第一个*/ return1; if(sched->lflags&XNHDEFER){/*处于重新调度状态*/ h=xntimerq_second(q,h);/*这个timer处于重新调度状态下红黑树下*/ if(h==&timer->aplink) return1; } return0; }由于head始终指向时间最小的timer，xntimer_heading_p()中先看head是不是刚刚插入的这个timer，如果是并且是本CPU上的timer就直接设置这timer的时间为lapic-timer的中断时间，对应22行返回->执行10行。
如果是最小但是不是本CPU上的就需要通过ipipe向timer所在CPU发送一个中断信号IPIPE_HRTIMER_IPI，告诉那个cpu，那个cpu就会执行中断处理函数xnintr_core_clock_handler()，对应22行返回->执行8行，为什么是IPIPE_HRTIMER_IPI?相当于模拟底层lapic-timer 产生了一个event事件，ipipe会让那个cpu 执行xnintr_core_clock_handler()对timer进行一个刷新，重新对底层硬件timer编程。
如果新插入的timer不是最小的，但是所在的sched处于XNHDEFER状态，说明第一个timer虽然最小，但是这个最小的如果到期暂时不需要处理，那就取出定时时间第二小的timer，看是不是新插入的timer，如果是，返回1，继续决定是编程还是发中断信号。
如果其他情况，那就不用管了，启动定时器流程完毕。一个一个timer到期后总会处理到新插入的这个的。
其中的向某个cpu发送中断信号函数如下，IPIPE_HRTIMER_IPI是注册到xnsched_realtime_domain的中断，底层硬件timer产生中断的中断号就是IPIPE_HRTIMER_VECTOR，这里的发送中断是通过中断控制器APIC来完成的，APIC会给对应cpu产生一个中断，然后就会被ipipe通过ipipeline，优先给xnsched_realtime_domain处理，ipipe domain管理说过:
voidxnclock_core_remote_shot(structxnsched*sched) { ipipe_send_ipi(IPIPE_HRTIMER_IPI,*cpumask_of(xnsched_cpu(sched))); } intxntimer_setup_ipi(void) { returnipipe_request_irq(&xnsched_realtime_domain, IPIPE_HRTIMER_IPI, (ipipe_irq_handler_t)xnintr_core_clock_handler, NULL,NULL); }对底层timer编程的函调用xnclock_core_local_shot()函数,最后调用ipipe_timer_set(delay)进行设置，event时间：
staticinlinevoidxnclock_program_shot(structxnclock*clock, structxnsched*sched) { xnclock_core_local_shot(sched); } voidxnclock_core_local_shot(structxnsched*sched) { ……. delay=xntimerh_date(&timer->aplink)-xnclock_core_read_raw(); if(delay< 0) delay = 0; else if (delay >ULONG_MAX) delay=ULONG_MAX; ipipe_timer_set(delay); }ipipe_timer_set()中先获取这个cpu的percpu_timer t，然后将定时时间转换为硬件的tick数，最后调用t->set(tdelay, t->timer_set)进行设置。这里的percpu_timer 与ipipe 相关下面解析，这里只用知道最后是调用了percpu_timer 的set函数，这个set函数是直接设置硬件lapic-timer的。
voidipipe_timer_set(unsignedlongcdelay) { unsignedlongtdelay; structipipe_timer*t; t=__ipipe_raw_cpu_read(percpu_timer); ……. /*将时间转换定时器频率数*/ tdelay=cdelay; if(t->c2t_integ!=1) tdelay*=t->c2t_integ; if(t->c2t_frac) tdelay+=((unsignedlonglong)cdelay*t->c2t_frac)>>32; if(tdelay< t->min_delay_ticks) tdelay=t->min_delay_ticks; if(tdelay>t->max_delay_ticks) tdelay=t->max_delay_ticks; if(t->set(tdelay,t->timer_set)< 0) ipipe_raise_irq(t->irq); }总结：启动一个xntimer，首先确定属于哪个cpu，然后将它插入到该cpu的xntimer管理结构timerdata，插入时按定时长短和优先级来决定，最后设置底层硬件timer产生下一个中断的时间点。
2.3 ipipe tick设备管理
linux时间系统中说到有多少个硬件timer，就会注册多少个clock event device，最后linux会为每个cpu选择一个合适的clock event来为tick device产生event。xenomai系统的运行也需要这么一个合适的硬件timer来产生event，由于xenomai需要的硬件都是由ipipe来提供，所以ipipe需要知道系统中有哪些clock event device被注册，然后ipipe为每一个cpu核选择一个合适的。
ipipe将linux中clock event device按xenomai系统需要重新抽象为结构体struct ipipe_timer,系统中有一个全局链表timer，当底层驱动调用clockevents_register_device，注册clock event设备时ipipe对应的创建一个ipipe_timer插入链表timer。struct ipipe_timer如下：
structipipe_timer{ intirq; void(*request)(structipipe_timer*timer,intsteal); int(*set)(unsignedlongticks,void*timer); void(*ack)(void); void(*release)(structipipe_timer*timer); /*Onlyifregisteringatimerdirectly*/ constchar*name; unsignedrating; unsignedlongfreq; unsignedlongmin_delay_ticks; unsignedlongmax_delay_ticks; conststructcpumask*cpumask; /*Forinternaluse*/ void*timer_set;/*pointerpassedto->set()callback*/ structclock_event_device*host_timer;/*依赖的clockevent*/ structlist_headlink; unsignedc2t_integ; unsignedc2t_frac; /*Forclockeventinterception*/ u32real_mult; u32real_shift; void(*mode_handler)(enumclock_event_modemode, structclock_event_device*); intorig_mode; int(*orig_set_state_periodic)(structclock_event_device*); int(*orig_set_state_oneshot)(structclock_event_device*); int(*orig_set_state_oneshot_stopped)(structclock_event_device*); int(*orig_set_state_shutdown)(structclock_event_device*); int(*orig_set_next_event)(unsignedlongevt, structclock_event_device*cdev); unsignedint(*refresh_freq)(void); };irq
:该ipipe_timer所依赖的clock_event_device的中断号，产生中断时ipipe将中断分配给谁处理用到；
request：设定clock_event_device模式的函数
set：设置下一个定时中断的函数，这个就是上面启动xntimer时的那个函数
ack：产生中断后中断清除函数
rating：该clock_event_device的raning级别
freq：该clock_event_device的运行频率
min_delay_ticks、max_delay_ticks:最小、最大定时时间
cpumask：cpu掩码，标识可以为哪个cpu提供定时服务
host_timer:这个ipipe_timer对应是哪个clock_event_device
link：链表节点，加入全局链表timer时使用
orig_set_state_periodic、orig_set_state_oneshot、orig_set_state_oneshot_stopped、orig_set_next_event，为xenomai提供服务需要将clock_event_device中一些已经设置的函数替换，这些用来备份原clock_event_device中的函数。再来看一看clock xevent注册函数clockevents_register_device(),ipipe补丁在其中插入了一个注册函数ipipe_host_timer_register()先把clock xevent管理起来:
voidclockevents_register_device(structclock_event_device*dev) { unsignedlongflags; …… ipipe_host_timer_register(dev); …. } staticintget_dev_mode(structclock_event_device*evtdev) { if(clockevent_state_oneshot(evtdev)|| clockevent_state_oneshot_stopped(evtdev)) returnCLOCK_EVT_MODE_ONESHOT; if(clockevent_state_periodic(evtdev)) returnCLOCK_EVT_MODE_PERIODIC; if(clockevent_state_shutdown(evtdev)) returnCLOCK_EVT_MODE_SHUTDOWN; returnCLOCK_EVT_MODE_UNUSED; } voidipipe_host_timer_register(structclock_event_device*evtdev) { structipipe_timer*timer=evtdev->ipipe_timer; if(timer==NULL) return; timer->orig_mode=CLOCK_EVT_MODE_UNUSED; if(timer->request==NULL) timer->request=ipipe_timer_default_request;/*设置request函数*/ /* *Bydefault,usethesamemethodaslinuxtimer,onARMat *least,mostset_next_eventmethodsaresafetobecalled *fromXenomaidomainanyway. */ if(timer->set==NULL){ timer->timer_set=evtdev; timer->set=(typeof(timer->set))evtdev->set_next_event;/*设定的counter的cycle数值*/ } if(timer->release==NULL) timer->release=ipipe_timer_default_release; if(timer->name==NULL) timer->name=evtdev->name; if(timer->rating==0) timer->rating=evtdev->rating; timer->freq=(1000000000ULL*evtdev->mult)>>evtdev->shift;/*1G*mult>>shift*/ if(timer->min_delay_ticks==0) timer->min_delay_ticks= (evtdev->min_delta_ns*evtdev->mult)>>evtdev->shift; if(timer->max_delay_ticks==0) timer->max_delay_ticks= (evtdev->max_delta_ns*evtdev->mult)>>evtdev->shift; if(timer->cpumask==NULL) timer->cpumask=evtdev->cpumask; timer->host_timer=evtdev; ipipe_timer_register(timer); }这里面通过evtdev直接将一些结构体成员赋值，这里需要注意的的是timer->set = (typeof(timer->set))evtdev->set_next_event;对于lapic-timer来说timer->set=lapic_next_event,如果CPU支持tsc deadline特性则是timer->set=lapic_next_deadline,TSC-deadline模式允许软件使用本地APIC timer 在绝对时间发出中断信号，使用tsc来设置deadline，为了全文统一，使用apic-timer，这决定了xenomai是否能直接控制硬件，然后调用ipipe_timer_register()将ipipe_timer添加到链表timer完成注册：
voidipipe_timer_register(structipipe_timer*timer) { structipipe_timer*t; unsignedlongflags; if(timer->timer_set==NULL) timer->timer_set=timer; if(timer->cpumask==NULL) timer->cpumask=cpumask_of(smp_processor_id()); raw_spin_lock_irqsave(&lock,flags); list_for_each_entry(t,&timers,link){/*按插入链表*/ if(t->rating<= timer->rating){ __list_add(&timer->link,t->link.prev,&t->link); gotodone; } } list_add_tail(&timer->link,&timers);/*按插入全局链表尾*/ done: raw_spin_unlock_irqrestore(&lock,flags); }xenomai在每一个cpu核都需要一个ipipe_timer 来推动调度、定时等，ipipe为每个CPU分配了一个ipipe_timer指针percpu_timer，链表timers记录了所有ipipe_timer，这样就可以从链表中选择可供xenomai使用的ipipe_timer：
staticDEFINE_PER_CPU(structipipe_timer*,percpu_timer);另外，在3.ipipe domian管理说到每个cpu上管理不同域的结构体ipipe_percpu_data，里面有一个成员变量int hrtimer_irq,这个hrtimer_irq是用来存放为这个cpu提供event的硬件timer的中断号的，用于将ipipe_percpu_data与ipipe_timer联系起来，介绍完相关数据结构下面来看xenomai 时钟系统初始化流程。
DECLARE_PER_CPU(structipipe_percpu_data,ipipe_percpu);2.4 xenomai 时钟系统初始化流程
xenomai内核系统初始化源码文件：kernelxenomaiinit.c，时钟系统在xenomai初始化流程中调用mach_setup()完成硬件相关初始化：
xenomai_init(void) ->mach_setup() staticint__initmach_setup(void) { structipipe_sysinfosysinfo; intret,virq; ret=ipipe_select_timers(&xnsched_realtime_cpus); … ipipe_get_sysinfo(&sysinfo);/*获取系统ipipe信息*/ if(timerfreq_arg==0) timerfreq_arg=sysinfo.sys_hrtimer_freq; if(clockfreq_arg==0) clockfreq_arg=sysinfo.sys_hrclock_freq; cobalt_pipeline.timer_freq=timerfreq_arg; cobalt_pipeline.clock_freq=clockfreq_arg; if(cobalt_machine.init){ ret=cobalt_machine.init();/*mach_x86_init*/ if(ret) returnret; } ipipe_register_head(&xnsched_realtime_domain,”Xenomai”); …… ret=xnclock_init(cobalt_pipeline.clock_freq);/*初始化xnclock，为Cobalt提供clock服务时钟*/ return0;首先调用ipipe_select_timers()来为每个cpu选择一个ipipe_timer。
intipipe_select_timers(conststructcpumask*mask) { unsignedhrclock_freq; unsignedlonglongtmp; structipipe_timer*t; structclock_event_device*evtdev; unsignedlongflags; unsignedcpu; cpumask_tfixup; ……. if(__ipipe_hrclock_freq>UINT_MAX){ tmp=__ipipe_hrclock_freq; do_div(tmp,1000); hrclock_freq=tmp; }else hrclock_freq=__ipipe_hrclock_freq;/*1000ULL*cpu_khz*/ ……. for_each_cpu(cpu,mask){/*从timers为每一个CPU选择一个percpu_timer*/ list_for_each_entry(t,&timers,link){/*遍历ipipe全局timer链表*/ if(!cpumask_test_cpu(cpu,t->cpumask)) continue; evtdev=t->host_timer; if(evtdev&&clockevent_state_shutdown(evtdev))/*该CPUtimer被软件shutdown则跳过*/ continue; gotofound; } …. gotoerr_remove_all; found: install_pcpu_timer(cpu,hrclock_freq,t);/*设置每一个CPU的timer*/ } ……. flags=ipipe_critical_enter(ipipe_timer_request_sync); ipipe_timer_request_sync();/*如果支持，则切换到单触发模式。*/ ipipe_critical_exit(flags); ……. }先得到从全局变量cpu_khz得到tsc频率保存到hrclock_freq，然后为xenomai运行的每一个cpu核进行ippie_timer选择，对每一个遍历全局链表timers，取出evtdev，看是否能为该cpu服务，并且没有处于关闭状态。evtdev在Linux没有被使用就会被Linux关闭。最后选出来的也就是lapic-timer 。
找到合适的tevtdev后调用install_pcpu_timer(cpu, hrclock_freq, t),为该cpu设置ipipe_timer： staticvoidinstall_pcpu_timer(unsignedcpu,unsignedhrclock_freq, structipipe_timer*t) { per_cpu(ipipe_percpu.hrtimer_irq,cpu)=t->irq; per_cpu(percpu_timer,cpu)=t; config_pcpu_timer(t,hrclock_freq); }主要是设置几个xenomai相关的precpu变量，ipipe_percpu.hrtimer_irq设置为该evtdev的irq,percpu_timer为该evtdev对应的ipipe_timer，然后计算ipipe_timer中lapic-timer与tsc频率之间的转换因子c2t_integ、c2t_frac；
回到ipipe_select_timers(),通过ipipe给每一个cpu发送一个中断IPIPE_CRITICAL_IPI，将每一个lapic-timer通过ipipe_timer->request设置为oneshot模式。
回到mach_setup(),为每个cpu选出ipipe_timer后获取此时系统信息：ipipe_get_sysinfo(&sysinfo)
intipipe_get_sysinfo(structipipe_sysinfo*info) { info->sys_nr_cpus=num_online_cpus();/*运行的cpu数据*/ info->sys_cpu_freq=__ipipe_cpu_freq;/*1000ULL*cpu_khz*/ info->sys_hrtimer_irq=per_cpu(ipipe_percpu.hrtimer_irq,0);/*cpu0的ipipe_timer中断号*/ info->sys_hrtimer_freq=__ipipe_hrtimer_freq;/*time的频率*/ info->sys_hrclock_freq=__ipipe_hrclock_freq;/*1000ULL*cpu_khz*/ return0; }在这里还是觉得有问题，CPU和TSC、timer三者频率不一定相等。
这几个变量在接下来初始化xnclock中使用。xnclock_init(cobalt_pipeline.clock_freq)：
int__initxnclock_init(unsignedlonglongfreq) { xnclock_update_freq(freq); nktimerlat=xnarch_timer_calibrate(); xnclock_reset_gravity(&nkclock);/*reset_core_clock_gravity*/ xnclock_register(&nkclock,&xnsched_realtime_cpus); return0; }xnclock_update_freq(freq)计算出tsc频率与时间ns单位的转换因子tsc_scale,tsc_shift，计算流程可参考文档实时内核与linux内核时钟漂移过大原因.docx
xnarch_timer_calibrate()计算出每次对硬件timer编程这个执行过程需要多长时间，也就是测量ipipe_timer_set()这个函数的执行时间nktimerlat，计算方法是这样先确保测量这段时间timer不会触发中断干扰，所以先用ipipe_timer_set()给硬件timer设置一个很长的超时值，然后开始测量，先从TSC读取现在的时间tick值t0，然后循环执行100次ipipe_timer_set(),接着从TSC读取现在的时间tick值t1，ipipe_timer_set()平均每次的执行时间是
，为了算上其他可能的延迟5%,nktimerlat=(t1−t0)/105；
下面计算对kernel、user、irq xntimer精确定时的gravity，上面已经说过为甚需要这个，xnclock_reset_gravity(&nkclock)调用执行xnclock->ops.reset_gravity()，也就是reset_core_clock_gravity()函数:
staticvoidreset_core_clock_gravity(structxnclock*clock) { structxnclock_gravitygravity; xnarch_get_latencies(&gravity); gravity.user+=nktimerlat; if(gravity.kernel==0) gravity.kernel=gravity.user; if(gravity.irq==0) gravity.irq=nktimerlat; set_core_clock_gravity(clock,&gravity); }首先通过xnarch_get_latencies()函数来计算各空间的gravity，其实这个函数里没有具体的计算流程，给的都是一些经验值，要么我们自己编译时配置：
staticinlinevoidxnarch_get_latencies(structxnclock_gravity*p) { unsignedlongsched_latency; #ifCONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT!=0 sched_latency=CONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT; #else/*!CONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT*/ if(strcmp(ipipe_timer_name(),”lapic”)==0){ #ifdefCONFIG_SMP if(num_online_cpus()>1) sched_latency=3350; else sched_latency=2000; #else/*!SMP*/ sched_latency=1000; #endif/*!SMP*/ }elseif(strcmp(ipipe_timer_name(),”pit”)){/*HPET*/ #ifdefCONFIG_SMP if(num_online_cpus()>1) sched_latency=3350; else sched_latency=1500; #else/*!SMP*/ sched_latency=1000; #endif/*!SMP*/ }else{ sched_latency=(__get_bogomips()< 250 ? 17000 : __get_bogomips() < 2500 ? 4200 : 3500); #ifdef CONFIG_SMP sched_latency += 1000; #endif /* CONFIG_SMP */ } #endif /* !CONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT */ p->user=sched_latency; p->kernel=CONFIG_XENO_OPT_TIMING_KSCHEDLAT; p->irq=CONFIG_XENO_OPT_TIMING_IRQLAT; }首先判断宏CONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT 如果不等于0,说明我们自己配置了这个数，直接赋值就行,否则的话，根据xenomai使用的定时器是lapic 还是hept给不同的一些经验值了：
p->user=CONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT; p->kernel=CONFIG_XENO_OPT_TIMING_KSCHEDLAT; p->irq=CONFIG_XENO_OPT_TIMING_IRQLAT;CONFIG_XENO_OPT_TIMING_SCHEDLAT宏在内核编译时设置，默认为0,使用已有的经验值：
[*]Xenomai/cobalt—> Latencysettings—> (0)Userschedulinglatency(ns) (0)Intra-kernelschedulinglatency(ns) (0)Interruptlatency(ns)实际使用后发现这个经验值也不太准，从测试数据看i5处理器与赛扬就存在差别，如果开启内核trace，就更不准了
.
计算出gravity后加上ipipe_timer_set()执行需要的时间nktimerlat，就是最终的gravity。以用户空间实时程序定时为例如下(图中时间段与比例无关)： 
到此mach_setup()函数中上层软件时钟相关初始化完了，但xenomai还不能直接对硬件timer，此时xenomai进程调度还没初始化，硬件timer与内核调度等息息相关，xenomai内核还不能掌管硬件timer，不能保证linux愉快运行，硬抢过来只能一起阵亡。等xenomai内核任务管理等初始化完毕，给Linux舒适的运行空间，就可以直接控制硬件timer了，下面继续解析这个函数sys_init()；
2.5 xenomai接管lapic-timer
sys_init()涉及每个CPU上的调度结构体初始化等。先插以点内容，每个cpu上的xenomai 调度由对象xnsched来管理，xnsched对象每个cpu有一个，其中包含各类sched class，还包含两个xntimer，一个host timer —htimer，主要给linux定时，另一个循环计时timer rrbtimer；一个xnthead结构rootcb，xenomai调度的是线程，每个实时线程使用xnthead结构表示，这个rootcb表示本cpu上xenomai调度的linux，在双核下linux只是xenomai的一个idle任务，cpu0上xnsched结构如下：
详细的结构后面会分析，这里只解析时钟相关部分。
static__initintsys_init(void) { structxnsched*sched; void*heapaddr; intret,cpu; if(sysheap_size_arg==0) sysheap_size_arg=CONFIG_XENO_OPT_SYS_HEAPSZ;/**/ heapaddr=xnheap_vmalloc(sysheap_size_arg*1024);/*256*1024*/ ….. xnheap_set_name(&cobalt_heap,”systemheap”); for_each_online_cpu(cpu){ sched=&per_cpu(nksched,cpu); xnsched_init(sched,cpu); } #ifdefCONFIG_SMP ipipe_request_irq(&xnsched_realtime_domain, IPIPE_RESCHEDULE_IPI, (ipipe_irq_handler_t)__xnsched_run_handler, NULL,NULL); #endif xnregistry_init(); /* *Ifstartinginstoppedmode,doallinitializations,butdo *notenablethecoretimer. */ if(realtime_core_state()==COBALT_STATE_WARMUP){ ret=xntimer_grab_hardware();/*霸占硬件host定时器*/ ….. set_realtime_core_state(COBALT_STATE_RUNNING);/*更新实时内核状态*/ } return0; }sys_init()中先初始化内核堆空间，初始化每个CPU上的调度结构体xnsched、创建idle线程，也就是上面说到的roottcb，多cpu核调度等，经过这一些步骤，LInux已经变成xenomai的一个idle线程了，最后调用xntimer_grab_hardware(),接管硬件timer:
intxntimer_grab_hardware(void) { structxnsched*sched; intret,cpu,_cpu; spl_ts; ……. nkclock.wallclock_offset= xnclock_get_host_time()-xnclock_read_monotonic(&nkclock); ret=xntimer_setup_ipi();ipipe_request_irq(&xnsched_realtime_domain,IPIPE_HRTIMER_IPI, (ipipe_irq_handler_t)xnintr_core_clock_handler,NULL,NULL); for_each_realtime_cpu(cpu){ ret=grab_hardware_timer(cpu); if(ret< 0) goto fail; xnlock_get_irqsave(&nklock, s); sched = xnsched_struct(cpu); if (ret >1) xntimer_start(&sched->htimer,ret,ret,XN_RELATIVE); elseif(ret==1) xntimer_start(&sched->htimer,0,0,XN_RELATIVE); #ifdefCONFIG_XENO_OPT_WATCHDOG/*启动看门狗定时器*/ xntimer_start(&sched->wdtimer,1000000000UL,1000000000UL,XN_RELATIVE); xnsched_reset_watchdog(sched); #endif xnlock_put_irqrestore(&nklock,s); } …… returnret; }注册xnclock时nkclock.wallclock_offset没有设置，现在设置也就是walltime的时间与tsc 的时间偏移。然后注册IPIPE_HRTIMER_IPI中断到xnsched_realtime_domain，9.2xntimer那一节启动一个xntimer需要通知其他cpu处理时发送的IPIPE_HRTIMER_IPI：
intxntimer_setup_ipi(void) { returnipipe_request_irq(&xnsched_realtime_domain, IPIPE_HRTIMER_IPI, (ipipe_irq_handler_t)xnintr_core_clock_handler, NULL,NULL); }接下来就是重要的为每个cpu接管硬件timer了，其实过程也简单，就是将原来lcock event的一些操作函数替换来达到目的，每个cpu上xenomai调度管理结构xnsched，每个xnsched中有一个定时器htimer,这个xntimer就是为linux服务的，根据底层timer的类型，后启动htimer,htimer 推动linux继时间子系统运行。这些后面会详细解析。回到接管timer函数grab_hardware_timer(cpu)：
staticintgrab_hardware_timer(intcpu) { inttickval,ret; ret=ipipe_timer_start(xnintr_core_clock_handler, switch_htick_mode,program_htick_shot,cpu); switch(ret){ caseCLOCK_EVT_MODE_PERIODIC: /* *Oneshottickemulationcallbackwontbeused,ask *thecallertostartaninternaltimerforemulating *aperiodictick. */ tickval=1000000000UL/HZ; break; caseCLOCK_EVT_MODE_ONESHOT: /*oneshottickemulation*/ tickval=1; break; caseCLOCK_EVT_MODE_UNUSED: /*wedontneedtoemulatethetickatall.*/ tickval=0; break; caseCLOCK_EVT_MODE_SHUTDOWN: return-ENODEV; default: returnret; } returntickval; }主要的操作在ipipe_timer_start(xnintr_core_clock_handler,switch_htick_mode, program_htick_shot, cpu)，后面的就是判断这个timer工作在什么模式，相应的返回好根据模式设置htimer为linux服务;
ipipe_timer_start(xnintr_core_clock_handler,switch_htick_mode, program_htick_shot, cpu)其中的xnintr_core_clock_handler是lapic-timer 产生中断时xenomai内核的处理函数，里面会去处理每个xntimer以及xenomai调度;switch_htick_mode是lapic-timer工作模式切换函数，program_htick_shot函数是对sched->htimer重新定时的函数，这个函数对linux来说特别重要，以后linux就不直接对硬件timer设置定时了，而是给xenomai中的sched->htimer设置。下面是ipipe_timer_start代码:
intipipe_timer_start(void(*tick_handler)(void), void(*emumode)(enumclock_event_modemode, structclock_event_device*cdev), int(*emutick)(unsignedlongevt, structclock_event_device*cdev), unsignedintcpu) { structgrab_timer_datadata; intret; data.tick_handler=tick_handler;/*xnintr_core_clock_handler*/ data.emutick=emutick;/*program_htick_shot*/ data.emumode=emumode;/*switch_htick_mode*/ data.retval=-EINVAL; ret=smp_call_function_single(cpu,grab_timer,&data,true);/*执行grab_timer*/ returnret?:data.retval; }先将传入的几个函数指正存到结构体data，然后调用smp_call_function_single传给函数grab_timer处理,smp_call_function_single中的smp表示给指定的cpu去执行grab_timer，对应的cpu执行grab_timer(&data):
staticvoidgrab_timer(void*arg) { structgrab_timer_data*data=arg; structclock_event_device*evtdev; structipipe_timer*timer; structirq_desc*desc; unsignedlongflags; intsteal,ret; flags=hard_local_irq_save(); timer=this_cpu_read(percpu_timer); evtdev=timer->host_timer; ret=ipipe_request_irq(ipipe_head_domain,timer->irq, (ipipe_irq_handler_t)data->tick_handler, NULL,__ipipe_ack_hrtimer_irq); if(ret< 0 && ret != -EBUSY) { hard_local_irq_restore(flags); data->retval=ret; return; } steal=evtdev!=NULL&&!clockevent_state_detached(evtdev); if(steal&&evtdev->ipipe_stolen==0){ timer->real_mult=evtdev->mult; timer->real_shift=evtdev->shift; timer->orig_set_state_periodic=evtdev->set_state_periodic; timer->orig_set_state_oneshot=evtdev->set_state_oneshot; timer->orig_set_state_oneshot_stopped=evtdev->set_state_oneshot_stopped; timer->orig_set_state_shutdown=evtdev->set_state_shutdown; timer->orig_set_next_event=evtdev->set_next_event; timer->mode_handler=data->emumode;/*switch_htick_mode*/ evtdev->mult=1; evtdev->shift=0; evtdev->max_delta_ns=UINT_MAX; if(timer->orig_set_state_periodic) evtdev->set_state_periodic=do_set_periodic; if(timer->orig_set_state_oneshot) evtdev->set_state_oneshot=do_set_oneshot; if(timer->orig_set_state_oneshot_stopped) evtdev->set_state_oneshot_stopped=do_set_oneshot_stopped; if(timer->orig_set_state_shutdown) evtdev->set_state_shutdown=do_set_shutdown; evtdev->set_next_event=data->emutick;/*program_htick_shot*/ evtdev->ipipe_stolen=1; } hard_local_irq_restore(flags); data->retval=get_dev_mode(evtdev); desc=irq_to_desc(timer->irq); if(desc&&irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)) ipipe_enable_irq(timer->irq); if(evtdev->ipipe_stolen&&clockevent_state_oneshot(evtdev)){/*启动oneshot*/ ret=clockevents_program_event(evtdev, evtdev->next_event,true); if(ret) data->retval=ret; } }首先从percpu_timer取出我们在ipipe_select_timers选择的那个clockevent device evtdev,现在要这个evtdev为xenomai服务，所以将它的中断注册到ipipe_head_domain，当中断来的时候后ipipe会交给ipipe_head_domain调用data->tick_handler也就是xnintr_core_clock_handler处理，xnintr_core_clock_handler中处理xenomai在本CPU当上的调度、定时等。
在struct clock_event_device中ipipe添加了一个标志位ipipe_stolen用来表示该evtdev是不是已经为实时系统服务，是就是1，否则为0，这里当然为0，先将原来evtdev的操作函数备份到’orig_‘打头的成员变量中，设置ipipe_timer的real_mult、real_shift为evtdev的mult、shift，原evtdev的mult、shift设置为1、0,linux计算的时候才能与xntimer定时时间对应起来。
最重要的是把原来evtdev->set_next_event设置成了program_htick_shot，program_htick_shot如下，从此linux就是对shched->htimer 定时器设置定时，来替代原来的evtdev：
staticintprogram_htick_shot(unsignedlongdelay, structclock_event_device*cdev) { structxnsched*sched; intret; spl_ts; xnlock_get_irqsave(&nklock,s); sched=xnsched_current(); ret=xntimer_start(&sched->htimer,delay,XN_INFINITE,XN_RELATIVE);/*相对，单次定时*/ xnlock_put_irqrestore(&nklock,s); returnret?-ETIME:0; }其余的最后如果evtdev中断没有使能就使能中断，evtdev是oneshot状态启动oneshot,到此xenomai掌管了lpic-tiemr,从此xenomai内核直接设置lpic-tiemr，lpic-tiemr到时产生中断，ipipe调用执行xnintr_core_clock_handler处理lpic-tiemr中断，xnintr_core_clock_handler处理xenomai时钟系统：
voidxnintr_core_clock_handler(void) { structxnsched*sched=xnsched_current(); intcpu__maybe_unused=xnsched_cpu(sched); xnstat_exectime_t*prev; if(!xnsched_supported_cpu(cpu)){ #ifdefXNARCH_HOST_TICK_IRQ ipipe_post_irq_root(XNARCH_HOST_TICK_IRQ); #endif return; } …… ++sched->inesting;/*中断嵌套++*/ sched->lflags|=XNINIRQ;/*在中断上下文状态*/ xnlock_get(&nklock); xnclock_tick(&nkclock);/*处理一个时钟tick*/ xnlock_put(&nklock); trace_cobalt_clock_exit(per_cpu(ipipe_percpu.hrtimer_irq,cpu)); xnstat_exectime_switch(sched,prev); if(–sched->inesting==0){/*如果没有其他中断嵌套，执行从新调度*/ sched->lflags&=~XNINIRQ; xnsched_run();/*调度*/ sched=xnsched_current(); } /* *Ifthecoreclockinterruptpreemptedareal-timethread, *anytransitiontotherootthreadhasalreadytriggereda *hosttickpropagationfromxnsched_run(),soatthispoint, *weonlyneedtopropagatethehosttickincasethe *interruptpreemptedtherootthread. */ if((sched->lflags&XNHTICK)&& xnthread_test_state(sched->curr,XNROOT)) xnintr_host_tick(sched); }xnintr_core_clock_handler中，首先判断产生这个中断的cpu属不属于实时调度cpu，如果不属于，那就把中断post到root域后直接返回，ipipe会在root域上挂起这个中断给linux处理。
如果这是运行xenomai的cpu，接下来调用xnclock_tick(&nkclock)，来处理一个时钟tick,里面就是看该cpu上哪些xntimer到期了做相应处理：
voidxnclock_tick(structxnclock*clock) { structxnsched*sched=xnsched_current(); structxntimer*timer; xnsticks_tdelta; xntimerq_t*tmq; xnticks_tnow; xntimerh_t*h; atomic_only(); …… tmq=&xnclock_this_timerdata(clock)->q;/**/ /* *Optimisation:anylocaltimerreprogrammingtriggeredby *invokedtimerhandlerscanwaituntilweleavethetick *handler.Usethisstatusflagashinttoxntimer_start(). */ sched->status|=XNINTCK; now=xnclock_read_raw(clock); while((h=xntimerq_head(tmq))!=NULL){ timer=container_of(h,structxntimer,aplink); delta=(xnsticks_t)(xntimerh_date(&timer->aplink)-now); if(delta>0) break; trace_cobalt_timer_expire(timer); xntimer_dequeue(timer,tmq); xntimer_account_fired(timer);/*timer->fired++*/ /* *Bypostponingthepropagationofthelow-priority *hostticktotheinterruptepilogue(see *xnintr_irq_handler()),wesavesomeI-cache,which *translatesintopreciousmicrosecsonlow-endhw. */ if(unlikely(timer==&sched->htimer)){ sched->lflags|=XNHTICK; sched->lflags&=~XNHDEFER; if(timer->status&XNTIMER_PERIODIC) gotoadvance; continue; } /*Checkforalockedclockstate(i.e.ptracing).*/ if(unlikely(nkclock_lock>0)){ if(timer->status&XNTIMER_NOBLCK) gotofire; if(timer->status&XNTIMER_PERIODIC) gotoadvance; /* *Wehavenoperiodforthisblockedtimer, *sohaveittickagainatareasonablyclose *dateinthefuture,waitingfortheclock *tobeunlockedatsomepoint.Sinceclocks *areblockedwhensingle-steppingintoan *applicationusingadebugger,itisfineto *waitfor250msfortheusertocontinue *programexecution. */ xntimerh_date(&timer->aplink)+= xnclock_ns_to_ticks(xntimer_clock(timer), 250000000); gotorequeue; } fire: timer->handler(timer);/******************************/ now=xnclock_read_raw(clock); timer->status|=XNTIMER_FIRED; /* *Onlyrequeueperiodictimerswhichhavenotbeen *requeued,stoppedorkilled. */ if((timer->status& (XNTIMER_PERIODIC|XNTIMER_DEQUEUED|XNTIMER_KILLED|XNTIMER_RUNNING))!= (XNTIMER_PERIODIC|XNTIMER_DEQUEUED|XNTIMER_RUNNING)) continue; advance: do{ timer->periodic_ticks++; xntimer_update_date(timer); }while(xntimerh_date(&timer->aplink)< now); requeue: #ifdef CONFIG_SMP /* * If the timer was migrated over its timeout handler, * xntimer_migrate() re-queued it already. */ if (unlikely(timer->sched!=sched)) continue; #endif xntimer_enqueue(timer,tmq); } sched->status&=~XNINTCK; xnclock_program_shot(clock,sched); }xnclock_tick里主要处理各种类型的xntimer，首先取出本cpu上管理xntimer红黑树的根节点xntimerq_t，然后开始处理，为了安全设置sched状态标识status为XNINTCK，标识该sched正在处理tick，得到现在tsc值now，然后一个while循环，取出红黑树上定时最小的那个xntimer,得到这个xntimer的时间date，如果date减去now大于0，说明最短定时的xntimer都没有到期，那就不需要继续处理，直接跳出循环，执行xnclock_program_shot(clock, sched)设置定时器下一个中断触发时间。
如果有xntimer到期，date减去now小于等于0，首先从红黑树中删除，然后xntimer.fire加1,表示xntimer到期次数，然后处理，这里逻辑有点绕：1.如果是sched->htimer，就是为Linux定时的，先设置sched->lflags |= XNHTICK，这个标志设置的是lflags不是status，因为linux的不是紧急的，后面本cpu没有高优先级实时任务运行才会给linux处理。接着判断是不是一个周期timer，如果是，goto到advance更新timer时间date，可能已将过去几个周期时间了，所有使用循环一个一个周期的增加直到现在时间now，然后重新插入红黑树。
2.如果这个xntimer是一个非阻塞timer，直接跳转fire执行handler，并设置状态已经FIRED。
3.如果这是一个非htimer的周期定时器，那同样更新时间后重新加入红黑树。
4.以上都不是就将xntimer重新定时250ms，加入红黑树。
xnclock_tick执行返回后，xnstat_exectime_switch()更新该cpu上每个域的执行时间,然后如果没有其他中断嵌套则进行任务调度xnsched_run()；
不知经过多少个rt任务切换后回到这个上下文，并且当前cpu运行linux，上次离开这linux的定时器htimer还没处理呢，检查如果当前cpu上运行linux，并且sched->lflags中有XNHTICK标志，那将中断通过ipipe post给linux处理，并清除lflags中的XNHTICK，linux中断子系统就会去只执行eventhandler，处理linux时间子系统。
voidxnintr_host_tick(structxnsched*sched)/*Interruptsoff.*/ { sched->lflags&=~XNHTICK; #ifdefXNARCH_HOST_TICK_IRQ ipipe_post_irq_root(XNARCH_HOST_TICK_IRQ); #endif } 
2.6 xenomai内核下Linux时钟工作流程
到此时钟系统中除调度相关的外，一个CPU上双核系统时钟流程如下图所示：
总结：xenomai内核启动时，grab_timer()结合ipipe通过替换回调函数将原linux系统timer lapic-timer作为xenomai 系统timer，xenomai直接对层硬件lapic-timer编程，linux退化为xenomai的idle任务，idle任务的主时钟就变成linux的时钟来源，由linux直接对层硬件lapic-timer编程变成对idle hrtimer编程。idle hrtimer依附于xenomai时钟xnclock，xnclock运作来源于底层硬件lapic-timer。
2.7 gravity
为什么要设置gravity呢?
xenomai是个实时系统必须保证定时器的精确，xntimer都是由硬件timer产生中断后处理的，如果没有gravity，对于用户空间实时任务RT：假如此时时间刻度是0，该任务定时10us后触发定时器,10us后，产生了中断，此时时间刻度为10us,开始处理xntimer，然后切换回内核空间执行调度，最后切换回用户空间，从定时器到期到最后切换回RT也是需要时间的，已经超过RT所定的10us，因此，需要得到定时器超时->回到用户空间的这段时间gravity；不同空间的任务经过的路径不一样，所以针对kernel、user和irq分别计算gravity，当任务定时，定时器到期时间date-gravity才是xntimer的触发时间。当切换回原来的任务时刚好是定时时间。
总结来说是，CPU执行代码需要时间，调度度上下切换需要时间，中断、内核态、用户态需要的时间不一样，需要将中间的这些时间排除，这些时间就是gravity。
2.8 autotune
gravity可以使用xenomai 内核代码中的经验值，还可以内核编译时自定义，除这两种之外，xenomai还提供了一种自动计算的程序autotune，它的使用需要配合内核模块autotune，编译内核时选中编译：
[]Xenomai/cobalt—> Corefeatures—> <>Auto-tuning程序autotune位于/usr/xenomai/sbin目录下，直接执行会分别计算irq、kernel、user的gravity；
审核编辑：刘清
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