驱动程序开发：Linux内核定时器与应用层ioctl的使用
目录
- 知识简介
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- 一、 Linux内核定时器简介
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- 1、 内核定时器的时钟来源：
- 2、 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，定义如下：
- 3、 内核定时器的程序描述
- 二、 系统调用（实现用户空间对内核的操作）
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- 1、 Linux 应用程序对驱动程序的调用流程
- 2、用户空间实现对内核的操作
- 实验实践
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- 现象：
知识简介
一、 Linux内核定时器简介
1、 内核定时器的时钟来源：
硬件定时器提供时钟源（如晶振）->周期性的定时中断（用于计时）->中断周期性产生的频率（系统频率或系统节拍率）->系统时钟->内核定时器
设置系统时钟的时钟频率：
① 通过图形化界面（make menuconfig）设置系统节拍率：
-> Kernel Features
-> Timer frequency ( [=y])
② Linux 内核源码根目录下的.config 文件也可以设置系统节拍率：
2、 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，定义如下：
示例代码 50.1.1.2 include/jiffies.h 文件代码段
76 extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
77 extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
由以上程序可知，jiffies 其实就是 jiffies_64 的低 32 位， jiffies_64 和 jiffies 的结构如图：
jiffies 表示系统运行的 jiffies 节拍数，所以 jiffies/HZ 就是系统运行时间，单位为秒。
Linux 内核提供了如下表所示的几个 API 函数来处理绕回。
为了方便开发， Linux 内核提供了几个 jiffies 和 ms、 us、 ns 之间的转换函数，如下表所示：
3、 内核定时器的程序描述
Linux 内核使用timer_list结构体表示内核定时器，timer_list定义在文件include/linux/timer.h 中，定义如下：
其相关的API函数：
初始化定时器：void init_timer(struct timer_list *timer)
注册的定时器：void add_timer(struct timer_list *timer)
删除的定时器：int del_timer(struct timer_list * timer)
删除的定时器（同步版）：int del_timer_sync(struct timer_list *timer)
修改超时时间(定时值)的定时器：int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
二、 系统调用（实现用户空间对内核的操作）
1、 Linux 应用程序对驱动程序的调用流程
如下图所示：
2、用户空间实现对内核的操作
应用程序运行在用户空间，而 Linux 驱动属于内核的一部分，因此驱动运行于内核空间。当我们在用户空间想要实现对内核的操作，比如使用 open 函数打开/dev/led 这个驱动，因为用户空间不能直接对内核进行操作，因此必须使用一个叫做“系统调用”的方法来实现从用户空间“陷入” 到内核空间，这样才能实现对底层驱动的操作。 open、 close、 write 和 read 等这些函数是由 C 库提供的，在 Linux 系统中，系统调用作为 C 库的一部分。当我们调用 open 函数的时候流程如下图所示：
每一个系统调用，在驱动中都有与之对应的一个驱动函数，在 Linux 内核文件 include/linux/fs.h 中有个叫做 file_operations 的结构体，此结构体就是 Linux 内核驱动操作函数集合。例如：read、write、open、release、unlocked_ioctl等。
这里我主要重点说明与ioctl相关的操作函数，unlocked_ioctl 函数提供对于设备的控制功能，与应用程序中的 ioctl 函数对应，其原型如下。
long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
实验实践
使用内核定时器周期性的点亮和熄灭开发板上的 LED 灯， LED 灯的闪烁周期由内核定时器来设置，测试应用程序可以控制内核定时器周期。
timer.c文件
/*
* 根据linux内核的程序查找所使用函数的对应头文件。
*/
#include timerAPP.c文件
#include
* ./timerAPP /dev/timer
*/
#define CLOSE_CMD (_IO(0XEF,0X1)) //关命令,关闭定时器
#define OPEN_CMD (_IO(0XEF,0X2)) //打开命令，打开定时器
#define SETPERIOD_CMD (_IO(0XEF,0X3)) //设置定时器周期
/*
* @description : main 主程序
* @param - argc : argv 数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, ret;
char *filename;
unsigned int cmd;
unsigned int arg;
unsigned char str[100];
/* 判断输入的元素个数 */
if(argc != 2) {
printf("ERROR USAGE!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1]; //获取驱动文件的路径
fd = open(filename,O_RDWR); //根据文件路径以读写方式打开文件
if(fd < 0) {
printf("file %s open failed!\r\n",filename);
return -1;
}
/* 循环读取按键值 */
while(1) {
printf("Input CMD:");
ret = scanf("%d",&cmd);
if(ret != 1) { //ret=1读取成功，ret=0读取失败
gets(str); //防止卡死
}
if(cmd == 1) { //关闭定时器
ioctl(fd,CLOSE_CMD,&arg); //发送对应的指令
} else if(cmd == 2) {
ioctl(fd,OPEN_CMD,&arg);
} else if(cmd == 3) { //打开定时器
printf("Inout Timer period:");
ret = scanf("%d",&arg);
if(ret != 1) {
gets(str);
}
ioctl(fd,SETPERIOD_CMD,&arg);
}
}
close(fd);
return 0;
}
现象：
