字符设备驱动-内核定时器
前言
写文章的目的是想通过记录自己的学习过程，以便以后使用到相关的知识点可以回顾和参考。
内核时间管理简介
一、宏定义HZ
Linux 内核中有大量的函数需要时间管理，比如周期性的调度程序、延时程序、对于我们驱动编写者来说最常用的定时器。硬件定时器提供时钟源，时钟源的频率可以设置， 设置好以后就周期性的产生定时中断，系统使用定时中断来计时。中断周期性产生的频率就是系统频率，也叫做节拍率(tick rate)(有的资料也叫系统频率)，比如 1000Hz，100Hz 等等说的就是系统节拍率。系统节拍率是可以设置的，单位是 Hz，我们在编译 Linux 内核的时候可以通过图形化界面设置系统节拍率，按照如下路径打开配置界面：
System Type —>
Timer frequency (1000 HZ) —>
可以看出可选的系统节拍率为 100Hz、250Hz、300Hz和1000Hz，默认情况下选择1000Hz。设置好以后打开内核根目录下的.config文件会有如下内容。
Linux会使用CONFIG_HZ来设置自己的系统时钟，打开文件 include/asm-generic/param.h，有如下内容：
里面定义了一个宏 HZ，宏 HZ 就是 CONFIG_HZ，因此 HZ=1000，后面编写 Linux
驱动的时候会常常用到 HZ，因为 HZ 表示一秒的节拍数，也就是频率。
二、变量 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：
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。
前面说了 HZ 表示每秒的节拍数，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。
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，如下图所示：
内核定时器简介
定时器是一个很常用的功能，需要周期性处理的工作都要用到定时器。Linux 内核定时器采用系统时钟来实现。它并不是我们在裸机中Timer硬件定时器。Linux 内核定时器使用很简单，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，和我们使用硬件定时器的套路一样，只是使用内核定时器不需要做一大堆的寄存器初始化工作。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。
一、定时器的定义及其API函数
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（去掉一些条件编译）：
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;
};
要使用内核定时器首先要先定义一个 timer_list 变量，表示定时器。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。
关于内核定时器常用的 API 函数就讲这些。
二、 Linux 内核短延时函数
有时候我们需要在内核中实现短延时，尤其是在 Linux 驱动中。Linux 内核提供了毫秒、微秒和纳秒延时函数，这三个函数如下图所示：
内核定时器实验
通过设置一个定时器来实现周期性的闪烁 LED 灯。
一、 驱动程序
#include 二、 应用程序
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "sys/ioctl.h"
//#define LEDOFF 0
//#define LEDON 1
#define CLOSE_CMD (_IO('T',0x1)) /* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD (_IO('T',0x2)) /* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD (_IO('T',0x3)) /* 设置定时器周期 */
int main(int argc , char *argv[])
{
int fd, retvalue, ret;
char *filename;
unsigned char str[100];
unsigned int cmd;
unsigned int arg;
if(argc != 2){
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开驱动文件 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("Can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
while(1){
printf("Input the cmd:");
ret = scanf("%d",&cmd);
if(ret != 1){
fgets(str,100,stdin); /* 防止卡死 */
}
if(cmd == 1)
cmd = CLOSE_CMD;
else if(cmd == 2)
cmd = OPEN_CMD;
else if(cmd == 3){
cmd = SETPERIOD_CMD;
printf("Input timer period:");
ret = scanf("%d",&arg);
if(ret != 1){
fgets(str,100,stdin); /* 防止卡死 */
}
}
ioctl(fd, cmd, arg);
}
/* 关闭设备 */
retvalue = close(fd);
if(retvalue < 0){
printf("Can't close file %s\r\n", filename);
return -1;
}
return 0;
}
三、 测试
在开发板终端输入如下命令：
1：关闭定时器
2：启动定时器
3：改变定时器周期
通过改变定时器周期，能观察到LED闪烁频率的变化。