I.MX6ULL ARM驱动开发---Linux内核定时器
引言
定时器是我们最常用到的功能，一般用来完成定时功能，通过这些定时器 API 函数我们可以完成很多要求定时的应用。Linux内核也提供了短延时函数，比如微秒、纳秒、毫秒延时函数。
一、Linux内核定时器
1、jiffies
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：
extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
jiffies_64 和 jiffies 其实是同一个东西，jiffies_64 用于 64 位系统，而 jiffies 用于 32 位系统。 为了兼容不同的硬件，jiffies 其实就是 jiffies_64 的低 32 位，jiffies_64 和 jiffies 的结构如下图所示：
当我们访问 jiffies 的时候其实访问的是 jiffies_64 的低 32 位，使用 get_jiffies_64 这个函数可以获取 jiffies_64 的值。在 32 位的系统上读取 jiffies 的值，在 64 位的系统上 jiffes 和 jiffies_64 表示同一个变量，因此也可以直接读取 jiffies 的值。所以不管是 32 位的系统还是 64 位系统，都可以使用 jiffies。
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：
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| int jiffies_to_msecs(const unsigned long j) | |
| int jiffies_to_usecs(const unsigned long j) | 将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的毫秒、微秒、纳秒。 |
| u64 jiffies_to_nsecs(const unsigned long j) | |
| long msecs_to_jiffies(const unsigned int m) | |
| long usecs_to_jiffies(const unsigned int u) | 将毫秒、微秒、纳秒转换为 jiffies 类型。 |
| unsigned long nsecs_to_jiffies(u64 n) |
2、内核定时器函数
Linux 内核定时器只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可，当超时时间到了以后设置的定时处理函数就会执行。在使用内核定时器的时候要注意一点，内核定时器并不是周期性运行的，超时以后就会自动关闭，因此如果想要实现周期性定时，那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。
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(省略掉条件编译)：
struct timer_list {
struct list_head entry;
unsigned long expires; /* 定时器超时时间，单位是节拍数 */
struct tvec_base *base;
void (*function)(unsigned long); /* 定时处理函数 */
unsigned long data; /* 要传递给 function 函数的参数 */
int slack;
};
定义好定时器以后还需要通过一系列的 API 函数来初始化此定时器，这些函数如下：
（1）init_timer 函数
init_timer 函数负责初始化 timer_list 类型变量，当我们定义了一个 timer_list 变量以后一定要先用 init_timer 初始化一下。
init_timer 函数原型如下：
void init_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要初始化定时器。
返回值：没有返回值。
（2）add_timer 函数
add_timer 函数用于向 Linux 内核注册定时器，使用 add_timer 函数向内核注册定时器以后，定时器就会开始运行，函数原型如下：
void add_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要注册的定时器。
返回值：没有返回值。
（3）del_timer 函数
del_timer 函数用于删除一个定时器，不管定时器有没有被激活，都可以使用此函数删除。在多处理器系统上，定时器可能会在其他的处理器上运行，因此在调用 del_timer 函数删除定时器之前要先等待其他处理器的定时处理器函数退出。del_timer 函数原型如下：
int del_timer(struct timer_list * timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要删除的定时器。
返回值：0，定时器还没被激活；1，定时器已经激活。
（4）del_timer_sync 函数
del_timer_sync 函数是 del_timer 函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除，del_timer_sync 不能使用在中断上下文中。del_timer_sync 函数原型如下所示：
int del_timer_sync(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要删除的定时器。
返回值：0，定时器还没被激活；1，定时器已经激活。
（5）mod_timer 函数
mod_timer 函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话，mod_timer 函数会激活定时器！函数原型如下：
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要修改超时时间(定时值)的定时器。
expires：修改后的超时时间。
返回值：0，调用 mod_timer 函数前定时器未被激活；1，调用 mod_timer 函数前定时器已被激活。
3、内核短延时函数
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| void ndelay(unsigned long nsecs) | |
| void udelay(unsigned long usecs) | 纳秒、微秒和毫秒延时函数。 |
| void mdelay(unsigned long mseces) |
二、程序编写
1、驱动程序编写
#include 2、测试APP编写
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "linux/ioctl.h"
/* 命令值 */
#define CLOSE_CMD (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置定时器周期命令 */
/*
* @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];
if (argc != 2) {
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
fd = open(filename, O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
while (1) {
printf("Input CMD:");
scanf("%d", &cmd);
if(cmd == 1) /* 关闭LED灯 */
cmd = CLOSE_CMD;
else if(cmd == 2) /* 打开LED灯 */
cmd = OPEN_CMD;
else if(cmd == 3) {
cmd = SETPERIOD_CMD; /* 设置周期值 */
printf("Input Timer Period:");
scanf("%d", &arg);
}
ioctl(fd, cmd, arg); /* 控制定时器的打开和关闭 */
}
close(fd);
}
三、运行测试
1、编译驱动程序
KERNELDIR := /home/sh/Desktop/MUL/zimage
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := timer.o
ARCH=arm
CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) clean
输入如下命令编译出驱动模块文件：
make
编译成功以后就会生成一个名为“timer.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP
输入如下命令编译测试 timerApp.c 这个测试程序：
arm-linux-gnueabihf-gcc timerApp.c -o timerApp
编译成功以后就会生成 timerApp这个应用程序。
3、运行测试
输入如下命令加载 timer.ko 驱动模块：
insmod timer.ko //加载驱动
驱动加载成功以后如下命令来测试：
./timerApp /dev/timer
输入上述命令以后终端提示输入命令，如下图所示：
输入“2”，打开定时器，此时 LED 灯就会以默认的 1 秒周期开始闪烁。在输入“3”来设置定时周期，根据提示输入要设置的周期值，如下图所示：
输入“500”，表示设置定时器周期值为 500ms，设置好以后 LED 灯就会以 500ms 为间隔，开始闪烁。最后可以通过输入“1”来关闭定时器。