定时器struct timer_list的高级使用
1、前言
Linux内核中的定时器是一个很常用的功能，某些需要周期性处理的工作都需要用到定时器。在Linux内核中，使用定时器功能比较简单，需要提供定时器的超时时间和超时后需要执行的处理函数。
2、常用API接口
在Linux内核中使用全局变量jiffies来记录系统从启动以来的系统节拍数，当系统内核启动的时候，会将该jiffies初始化为0，该定义在kernel/include/linux/jiffies.h文件中，如下：
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extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
#if (BITS_PER_LONG < 64)
u64 get_jiffies_64(void);
#else
static inline u64 get_jiffies_64(void)
{
return (u64)jiffies;
}
#endif
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在上面的代码中，jiffies_64与jiffies变量类似，jiffies_64用于64位的系统，而jiffies用于32位系统，Linux内核使用HZ表示每秒的节拍数，使用jiffies/HZ可以获得系统已经运行的时间，单位为秒。
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/* time_is_before_jiffies(a) return true if a is before jiffies */
#define time_is_before_jiffies(a) time_after(jiffies, a)
/* time_is_after_jiffies(a) return true if a is after jiffies */
#define time_is_after_jiffies(a) time_before(jiffies, a)
/* time_is_before_eq_jiffies(a) return true if a is before or equal to jiffies*/
#define time_is_before_eq_jiffies(a) time_after_eq(jiffies, a)
/* time_is_after_eq_jiffies(a) return true if a is after or equal to jiffies*/
#define time_is_after_eq_jiffies(a) time_before_eq(jiffies, a)
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上面的四个宏可以用于与当前系统的jiffies节拍数进行比较。
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/*
* Convert various time units to each other:
*/
extern unsigned int jiffies_to_msecs(const unsigned long j);
extern unsigned int jiffies_to_usecs(const unsigned long j);
extern unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m);
extern unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int u);
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Linux内核中还提供了相关的API函数用于jiffies节拍数和毫秒或者微秒之间进行转换，jiffies_to_msecs()和jiffies_to_usecs()用于将传入的jiffies转换为对应得毫秒和微秒，msecs_to_jiffies()和usecs_to_jiffies()用于将毫秒和微秒转换为jiffies节拍数。
Linux内核中使用struct timer_list结构体表示内核定时器，该结构体的定义在文件include/linux/timer.h中：
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struct timer_list {
/*
* All fields that change during normal runtime grouped to the
* same cacheline
*/
struct hlist_node entry;
unsigned long expires;
void (*function)(unsigned long);
unsigned long data;
u32 flags;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
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结构成员介绍：
entry：链入hlist链表的元素节点；
expires：该定时器的超时时间，单位为节拍数；
function：需要定时处理的函数指针；
data：传递给function函数的参数。
接下来，简单介绍一下常用的定时器API函数接口：
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#define __TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data, _flags) { \
.entry = { .next = TIMER_ENTRY_STATIC }, \
.function = (_function), \
.expires = (_expires), \
.data = (_data), \
.flags = (_flags), \
__TIMER_LOCKDEP_MAP_INITIALIZER( \
__FILE__ ":" __stringify(__LINE__)) \
}
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宏__TIMER_INITIALIZER用于初始化一个定时器，主要是对其内部的成员进行一系列的赋值操作。
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#define TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data) \
__TIMER_INITIALIZER((_function), (_expires), (_data), 0)
#define DEFINE_TIMER(_name, _function, _expires, _data) \
struct timer_list _name = \
TIMER_INITIALIZER(_function, _expires, _data)
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宏TIMER_INITIALIZER其实是__TIMER_INITIALIZER的进一步封装，DEFINE_TIMER则是定义一个名为_name的定时器，并对其完成内部成员的初始化。
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void init_timer_key(struct timer_list *timer, unsigned int flags,
const char *name, struct lock_class_key *key);
#define __init_timer(_timer, _flags) \
init_timer_key((_timer), (_flags), NULL, NULL)
#define init_timer(timer) \
__init_timer((timer), 0)
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宏init_timer用于初始化传入的timer定时器，当我们定义了一个timer_list结构体，可以使用该宏进行定时器初始化。
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#define __setup_timer(_timer, _fn, _data, _flags) \
do { \
__init_timer((_timer), (_flags)); \
(_timer)->function = (_fn); \
(_timer)->data = (_data); \
} while (0)
#define setup_timer(timer, fn, data) \
__setup_timer((timer), (fn), (data), 0)
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宏__setup_timer用于初始化定时器，并对timer_list结构体的成员进行设置，包括function函数指针、data和flag标志，而宏setup_timer则是对宏__setup_timer的进一步封装，其中flag成员设置为0。
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/**
* timer_pending - is a timer pending?
* @timer: the timer in question
*
* timer_pending will tell whether a given timer is currently pending,
* or not. Callers must ensure serialization wrt. other operations done
* to this timer, eg. interrupt contexts, or other CPUs on SMP.
*
* return value: 1 if the timer is pending, 0 if not.
*/
static inline int timer_pending(const struct timer_list * timer)
{
return timer->entry.pprev != NULL;
}
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函数timer_pending()用于判断传入的timer定时器是否被挂起，如果返回值为1，则当前的定时器已经被挂起。
extern void add_timer(struct timer_list *timer);
当我们对定时器完成初始化，以及内部成员的赋值后，可以使用add_timer()函数向内核注册定时器，当定时器在内核注册后，便开始运行。
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extern int del_timer(struct timer_list * timer);
#ifdef CONFIG_SMP
extern int del_timer_sync(struct timer_list *timer);
#else
# define del_timer_sync(t) del_timer(t)
#endif
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函数del_timer()用于删除内核中已经注册的定时器，在多处理器系统中，定时器可能会在其它处理器上运行，因此，在调用del_timer()函数删除定时器要先等待其它处理器的定时器处理函数退出，del_timer_sync()函数是del_timer()函数的同步版本，会等待其它处理器处理完定时处理函数再删除，del_timer_sync()不能用于中断上下文。
extern int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);
参数：
timer：要修改超时时间的定时器结构指针；
expires：修改后的超时时间。
返回值：返回0表示定时器未被激活，返回1表示定时器已被激活。
关于定时器timer_list的常用API接口基本这些，更详细的内容可以查看文件include/linux/timer.h。
3、实例说明
接下来，将通过一个简单的实例来说明在驱动程序中如何去使用定时器struct timer_list，该实例为通过定时器去控制LED灯的点亮和熄灭，使用内核中platform_driver的框架去实现，并在对应的sysfs设备节点中导出属性文件ctrl、gpio和timer_peroid，在Linux的应用层对ctrl进行读写能实现定时器的打开和关闭，对gpio进行读，能够显示对应的GPIO号，对timer_peroid进行写能够控制定时器的周期，该文件的值以毫秒为单位。
先来看一下内核定时器的一般使用思路，如下：
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#include /* 定时器超时调用此函数 */
static void timer_function(unsigned long data)
{
struct device_drvdata *pdata = (struct device_drvdata *)data;
/* 定时器的处理代码 */
...
/* 重新设置超时值并启动定时器 */
mod_timer(pdata->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(1000));
}
static int __init device_init(void)
{
struct device_drvdata *pdata = kzalloc(sizeof(*pdata), GFP_KERNEL);
if (!pdata)
return -ENOMEM;
/* 设备的其它处理代码 */
...
/* 定时器初始化 */
init_timer(&pdata->timer);
/* 设置超时时间 */
pdata->timer.expires = jiffies + msecs_to_jiffies(2000);
/* 设置定时器超时调用函数以及传递的参数 */
setup_timer(&pdata->timer, timer_function, (unsigned long)pdata);
/* 启动定时器 */
add_timer(&pdata->timer);
....
return 0;
}
static void __exit device_exit(void)
{
/* 设备的其它处理代码 */
...
/* 删除定时器 */
del_timer(&pdata->timer);
...
}
module_init(device_init);
module_exit(device_exit);
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上面的代码只是定时器的大概使用思路，也就是需要对嵌入的定时器进行初始化，然后实现定时功能函数，对其进行设置后，然后再通过add_timer()函数添加到系统中启动运行。
接下来给出实例说明的具体实现过程，如下：
首先，因为要用到GPIO口，通过设备树进行GPIO的定义，如下：
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timer_led {
status = "okay";
compatible = "timer-led"; //和驱动匹配的属性值
dev,name = "timer-led";
gpio-label = "timer_led_gpio";
gpios = <&msm_gpio 97 0>; //设备的GPIO引脚
};
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接下来是驱动代码的实现，使用了内核中platform_driver框架，如下：
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#include 复制代码
代码比较简单，没啥好说的，驱动加载时timer_led_probe()函数会调用，应用层则是通过sysfs中设备的属性文件进行操作。
接下来是实现效果，当驱动加载完成后，生成相应的设备节点和属性文件，如下：
由于使用的内核中的platform_driver驱动框架，通过uevent属性文件，能看到整个设备节点的相关信息，在该设备节点中，我们自己添加的设备属性文件也成功生成，内容如下所示：
在驱动程序中，对定时器的初始化周期为1000毫秒，定时器默认为关闭，通过使用下面的命令可修改定时器周期：
##设置定时器周期为500毫秒
# echo 500 > timer_peroid
使用下面的命令启动或者定时器：
##启动定时器
# echo "enable" > ctrl
##关闭定时器
# echo "disable" > ctrl
驱动能正常工作的话，使用启动定时器命令后，LED灯会随一定的周期进行闪烁，另外，通过在sysfs文件系统中导出设备的属性文件，可以很容易的到达控制我们设备的要求，而且能够非常方便地完成我们的设备的控制。
4、小结
本篇文章主要介绍了Linux内核中的定时器struct timer_list结构体，并简单介绍了关于定时器常用的API接口，最后，通过一个简单的LED灯闪烁实例，来说明定时器的常规用法。