Linux驱动开发-内核定时器-linux内核定时器使用

【摘要】 内核定时器是内核用来控制在未来某个时间点（基于jiffies(节拍总数)）调度执行某个函数的一种机制，相关函数位于 和 kernel/timer.c 文件中。 当内核定时器定时时间到达时，会进入用户指定的函数，相当于软中断。内核定时器注册开启后，运行一次就不会再运行(相当于自动注销)，我们可以重新设置定时器的超时时间，让定时器重复运行。

1. 内核定时器介绍

内核定时器是内核用来控制在未来某个时间点（基于jiffies(节拍总数)）调度执行某个函数的一种机制，相关函数位于 和 kernel/timer.c 文件中。

当内核定时器定时时间到达时，会进入用户指定的函数，相当于软中断。内核定时器注册开启后，运行一次就不会再运行(相当于自动注销)，我们可以重新设置定时器的超时时间，让定时器重复运行。

每当时钟中断发生时,全局变量jiffies(一个32位的unsigned long 变量)就加1，因此jiffies记录了linux系统启动后时钟中断发生的次数，驱动程序常利用jiffies来计算不同事件间的时间间隔。内核每秒钟将jiffies变量增加HZ次。因此，对于HZ值为100的系统，jiffy+1等于隔了10ms，而对于HZ为1000的系统，jiffy+1仅为1ms。

内核定时器结构体： 下面列出了需要关心的成员

复制struct timer_list { unsigned long expires; //设置超时时间，用jiffies作为基准值 void (*function)(unsigned long); //类似中断服务函数，设置定时器到时后处理的函数 unsigned long data; //中断服务函数的参数 } expires设置：以当前时间为基准加上延时时间，时间基准用jiffies变量表示，延时时间可以使用以下两个宏转换成jiffies单位。

2. 内核定时器相关API函数

2.1 修改定时器超时时间

函数原型 *int mod_timer(struct timer_list timer, unsigned long expires) 函数功能 修改定时器超时时间 函数参数 timer：对应的定时器结构体 expires：超时时间 函数返回值 成功返回 ：修改成功的时间值 函数定义文件 \linux-3.5\kernel\timer.c

2.2 初始化定时器

函数原型 #define init_timer(timer)\ 函数功能 初始化定时器结构 函数参数 timer：对应的定时器结构体 函数定义文件 \linux-3.5\include\linux\timer.h

2.3 关闭定时器

函数原型 int del_timer(struct timer_list *timer) 函数功能 关闭定时器，停用一个定时器。 函数参数 timer：对应的定 时器结构体 函数返回值 返回0：成功 函数定义文件 \linux-3.5\include\linux\timer.h

2.4 关闭定时器

函数原型 int del_timer_sync(struct timer_list *timer) 函数功能 关闭定时器，停用一个定时器，多处理器使用。如果编内核时不支持 SMP(多处理器)， del_timer_sync()和 del_timer()等价 函数参数 timer：对应的定时器结构体 函数返回值 返回0：成功 函数定义文件 \linux-3.5\include\linux\timer.h

2.5 转换时间（微妙单位）

函数原型 unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int m) 函数功能 转换时间（微妙单位），用于填充定时器结构体，设置超时时间 函数参数 m：要转换的时间值（微妙为单位） 函数返回值 成功返回转换成功的时间。用于填充定时器结构体，设置超时时间 函数定义文件 \linux-3.5\kernel\timer.c

2.6 转换时间（毫秒为单位）

函数原型 unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m) 函数功能 转换时间（毫秒为单位），用于填充定时器结构体，设置超时时间 函数参数 m：要转换的时间值（毫秒为单位） 函数返回值 成功返回转换成功的时间。用于填充定时器结构体，设置超时时间 函数定义文件 \linux-3.5\kernel\timer.c

将jiffies单位转为struct timespec结构体表示：

复制Void jiffies_to_timespec(const unsigned long jiffies, struct timespec *value)； 示例： jiffies_to_timespec(jiffies,&value); printk(“value.ts_sec=%d\n”,value.tv_sec); printk(“value.tv_nsec=%d\n”,value.tv_nsec);

2.7 初始化定时器的结构体成员

TIMER_INITIALIZER（ _function, _expires, _data） 宏用于赋值定时器结构体的function、 expires、 data 和 base 成员， 这个宏的定义如下所示：（被DEFINE_TIMER宏调用）

复制#define TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data) { \ .entry = { .prev = TIMER_ENTRY_STATIC }, \ .function = (_function), \ .expires = (_expires), \ .data = (_data), \ .base = &boot_tvec_bases, \ .slack = -1, \ __TIMER_LOCKDEP_MAP_INITIALIZER( \ __FILE__ “:” __stringify(__LINE__)) \ }

2.8 初始化定时器并且赋值

DEFINE_TIMER（ _na me , _functi o n, _e x pires, _data） 宏是定义并初始化定时器成员的“快捷方式”， 这个宏定义如下所示：

复制/*初始化定时器，并进行赋值*/ #define DEFINE_TIMER(_name, _function, _expires, _data) \ struct timer_list _name = \ TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data)

2.9 定时器初始化赋值

setup_timer()也可用于初始化定时器并赋值其成员， 其源代码如下：

复制//初始化定时器并进行赋值 #define setup_timer(timer, fn, data) \ do { \ static struct lock_class_key __key; \ setup_timer_key((timer), #timer, &__key, (fn), (data));\ } while (0) static inline void setup_timer_key(struct timer_list * timer, const char *name, struct lock_class_key *key, void (*function)(unsigned long), unsigned long data) { timer->function = function; timer->data = data; init_timer_key(timer, name, key); }

3. 使用定时器的步骤

(1) 定义定时器结构体timer_list。

复制/*定义一个内核定时器配置结构体*/ static struct timer_list mytimer ;

(2) 设置超时时间，定义定时器处理函数和传参。

复制mytimer.expires=jiffies+ msecs_to_jiffies(1000); /*设置定时器的超时时间，1000毫秒*/ //或者 //mytimer.expires=jiffies+HZ; /*设置定时器的超时时间，1000毫秒*/ mytimer.function = time_fun; /*定时器超时的回调函数，类似中断服务函数*/ mytimer.data = 12; /*传给定时器服务函数的参数*/

(3) 开启定时器。

复制init_timer(&mytimer); /*初始化定时器*/ add_timer(&mytimer); /*启动定时器*/

完整示例代码:

复制#include #include #include static struct timer_list timer; static void timer_function(unsigned long data) { printk(“data=%ld\n”,data); mod_timer(&timer,msecs_to_jiffies(3000)+jiffies); } static int __init tiny4412_linux_timer_init(void) { timer.expires=HZ*3+jiffies; /*单位是节拍*/ timer.function=timer_function; timer.data=666; /*1. 初始化定时器*/ init_timer(&timer); /*2. 添加定时器到内核*/ add_timer(&timer); printk(“驱动测试: 驱动安装成功\n”); return 0; } static void __exit tiny4412_linux_timer_cleanup(void) { /*3. 删除定时器*/ del_timer_sync(&timer); printk(“驱动测试: 驱动卸载成功\n”); } module_init(tiny4412_linux_timer_init); /*驱动入口–安装驱动的时候执行*/ module_exit(tiny4412_linux_timer_cleanup); /*驱动出口–卸载驱动的时候执行*/ MODULE_LICENSE(“GPL”); /*设置模块的许可证–GPL*/

4. 内核提供的延时函数

复制Linux 内核中提供了进行纳秒、微秒和毫秒延迟。 void ndelay(unsigned long nsecs) ; void udelay(unsigned long usecs) ; void mdelay(unsigned long msecs) ; 上述延迟的实现原理本质上是忙等待，根据 CPU 频率进行一定次数的循环。在内核中，最好不要直接使用mdelay()函数， 这将无谓地耗费CPU资源。 void msleep(unsigned int millisecs) ; unsigned long msleep_interruptible(unsigned int millisecs) ; void ssleep(unsigned int seconds) ; 上述函数将使得调用它的进程睡眠参数指定的时间， msleep()、 ssleep()不能被打断，而 msleep_interruptible()则可以被打断。

5. 精度较高的时间获取方式

高精度定时器通常用ktime作为计时单位。

获取内核高精度时间单位: 复制ktime_t ktime_get(void)

下面是一些时间辅助函数用于计算和转换:

复制ktime_t ktime_set(const long secs, const unsigned long nsecs); ktime_t ktime_sub(const ktime_t lhs, const ktime_t rhs); ktime_t ktime_add(const ktime_t add1, const ktime_t add2); ktime_t ktime_add_ns(const ktime_t kt, u64 nsec); ktime_t ktime_sub_ns(const ktime_t kt, u64 nsec); ktime_t timespec_to_ktime(const struct timespec ts); ktime_t timeval_to_ktime(const struct timeval tv); struct timespec ktime_to_timespec(const ktime_t kt); //转换的时间通过timespec结构体保存 struct timeval ktime_to_timeval(const ktime_t kt); //转换的时间通过timeval结构体保存 s64 ktime_to_ns(const ktime_t kt); //转换为ns单位 int ktime_equal(const ktime_t cmp1, const ktime_t cmp2); s64 ktime_to_us(const ktime_t kt); //转换为us单位 s64 ktime_to_ms(const ktime_t kt); //转换为ms单位 ktime_t ns_to_ktime(u64 ns);

示例: 计算经过的一段时间

复制static int hello_init(void) { ktime_t my_time,my_time2; unsigned int i,j; unsigned int time_cnt=0; my_time=ktime_get(); //获取当前时间 i=ktime_to_us(my_time); //转us udelay(600); //延时一段时间 my_time2=ktime_get(); //获取当前时间 j=ktime_to_us(my_time2); //转us printk(“time_cnt=%ld\n”,j-i); //得出之间差值,正确值为: 600 return 0; }