Linux内核中的可编程间隔定时器PIT

Linux内核中的可编程间隔定时器PIT(Programmable Interval Timer)

    每个PC机中都有一个PIT，通过IRQ产生周期性的时钟中断信号来充当系统定时器。i386中使用的通常是Intel 8254 PIT芯片，它的I/O端口地址范围是40h～43h。

    8254 PIT有3个计时通道，每个通道都有其不同的用途：

        通道0用来负责更新系统时钟。它在每一个时钟滴答会通过IRQ0向系统发出一次时钟中断信号。
        通道1通常用于控制DMAC对RAM的刷新。
        通道2被连接到PC机的扬声器，以产生方波信号。

    下面我们重点关心通道0。

    每个通道都有一个递减的计数器，8254 PIT的输入时钟信号的频率是1.193181MHZ，也即一秒钟输入1193181个时钟周期。该数字在Linux内核中被定义为：

include/asm-i386/timex.h

#define  CLOCK_TICK_RATE 1193180

     每输入一个时钟周期其时间通道的计数器就自减1，一直减到0。因此对于通道0而言，当他的计数器减到0时，PIT就向系统产生一次时钟中断，表示一个时钟滴答已经过去了。该计数器为16bit，因此所能表示的最大值是65536，可以算出该定时器最慢一秒内能发生的滴答数是：1193181 / 65536 = 18.206482。

    PIT的I/O端口：
        40h    通道0计数器    可读写
        41h    通道1计数器    可读写
        42h    通道2计数器    可读写
        43h    控制字         只写

    注意，因为PIT I/O端口是8位的，而PIT相应计数器是16位的，因此必须对PIT计数器进行两次读写才能得到完整的计数值。

    8254 PIT的控制寄存器43h的格式如下：

        bit[7:6]为通道选择位：
            00    通道0
            01    通道1
            10    通道2
            11    read-back command（仅8254）。

        bit[5:4]为Read/Write/Latch锁定位：
            00    锁定当前计数器以便读取计数值
            01    只读高字节
            10    只读低字节
            11    先高后低

        bit[3:1]为设定各通道的工作模式：
            000   mode0    当通道处于count out时产生中断信号,可用于系统定时
            001   mode1    Hardware retriggerable one-shot
            010   mode2    Rate Generator。产生实时时钟中断，通道0通常工作在这个模式下
            011   mode3    方波信号发生器
            100   mode4    Software triggered strobe
            101   mode5    Hardware triggered strobe

        bit[0]总为0

    我们来看看Linux2.4中是如何对PIT做初始化的：

arch/i386/kernel/i8259.c

void __init init_IRQ(void)
...{
      ...
      outb_p(0x34, 0x43);           /**//* binary, mode 2, LSB/MSB, ch 0 */
      outb_p(LATCH & 0xff, 0x40);   /**//* LSB */
      outb(LATCH >> 8, 0x40);       /**//* MSB */
      ...
}

    其中的LATCH定义为：

 include/asm-i386/param.h

#define HZ     100

include/asm-i386/timex.h

#define LATCH  ((CLOCK_TICK_RATE + HZ / 2) / HZ) 

     也即是等于常数(1193180 + 50) / 100 = 11932，加50是为了尽可能的减小误差（结果四舍五入）。这个结果即是Linux的系统嘀嗒长度(约为0.01秒)经过所需要的PIT时钟周期数。

    上面的那段C基本等价于汇编(省去了延时操作)：

mov    ax, LATCH
out    43h, 34h
out    40h, al
out    40h, ah

    首先写控制字43h，通道选择位为00(通道0)，RWL锁定位为11(先高后低)，通道工作模式010(Rate Generator)，最后位0保留，合起来就是34h。
    然后把LATCH的值分成高低两个字节依次写入通道0计数器40h，完成PIT编程。
    当Linux下次打开中断的时候，系统时钟就将会按照设定的频率(约为100HZ)发出时钟中断了。