Linux内核定时器与延迟工作驱动开发详解

Linux内核定时器与延迟工作是两种常用的实现定时任务和延后执行任务的机制，它们可以让驱动程序在合适的时间点执行特定的函数，以适应硬件设备的需求和特性。但是，如何正确地使用Linux内核定时器与延迟工作呢？本文将从理论和实践两方面，介绍Linux内核定时器与延迟工作驱动开发的基本知识和技巧，以及一些常见的问题和解决方法。

内核定时器

软件上的定时器最终要依靠硬件时钟来实现，简单的说，内核会在时钟中断发生后检测各个注册到内核的定时器是否到期，如果到期，就回调相应的注册函数，将其作为中断底半部来执行。实际上，时钟中断处理程序会触发TIMER_SOFTIRQ软中断，运行当前处理器上到期的所有定时器。
设备驱动程序如要获得时间信息以及需要定时服务，都可以使用内核定时器。

jiffies

要说内核定时器，首先就得说说内核中关于时间的一个重要的概念:jiffies变量，作为内核时钟的基础，jiffies每隔一个固定的时间就会增加1,称为增加一个节拍，这个固定间隔由定时器中断来实现，每秒中产生多少个定时器中断，由在中定义的HZ宏来确定，如此，可以通过jiffies获取一段时间，比如jiffies/HZ表示自系统启动的秒数。下两秒就是(jiffies/HZ+2),内核中用jiffies来计时，秒转换成的jiffies:seconds*HZ，所以以jiffiy为单位，以当前时刻为基准计时2秒:(jiffies/HZ+2)*HZ=jiffies+2*HZ如果要获取当前时间，可以使用**do_gettimeofday()**，该函数填充一个struct timeval结构，有着接近微妙的分辨率。

//kernel/time/timekeeping.c
 473 /**
 474  * do_gettimeofday - Returns the time of day in a timeval
 475  * @tv:         pointer to the timeval to be set
 476  *
 477  * NOTE: Users should be converted to using getnstimeofday()
 478  */
 479 void do_gettimeofday(struct timeval *tv)   

驱动程序为了让硬件有足够的时间完成一些任务，常常需要将特定的代码延后一段时间来执行，根据延时的长短，内核开发中使用长延时和短延时两个概念。长延时的定义为：延时时间>多个jiffies，实现长延时可以用查询jiffies的方法：

time_before(jiffies, new_jiffies);
time_after(new_jiffiesmjiffies);

**短延时的定义为：延迟事件接近或短于一个jiffy，实现短延时可以调用

udelay();
mdelay();

这两个函数都是忙等待函数，大量消耗CPU时间，前者使用软件循环来延迟指定数目的微妙数，后者使用前者的嵌套来实现毫秒级的延时。

定时器

驱动可以注册一个内核定时器，来指定一个函数在未来某个时间来执行。定时器从注册到内核开始计时，达到指定的时间后会执行注册的函数。即超时值是一个jiffies值，当jiffies值大于timer->expires时，timer->function就会被执行。API如下

//定一个定时器
struct timer_list my_timer;

//初始化定时器
void init_timer(struct timer_list *timer);
mytimer.function = my_function;
mytimer.expires = jiffies +HZ;

//增加定时器
void add_timer(struct timer_list *timer);

//删除定时器
int del_tiemr(struct timer_list *timer);

实例

static struct timer_list tm;
struct timeval oldtv;

void callback(unsigned long arg)
{
    struct timeval tv;
    char *strp = (char*)arg;
    do_gettimeofday(&tv);
    printk("%s: %ld, %ld\n", __func__,
        tv.tv_sec - oldtv.tv_sec,
        tv.tv_usec- oldtv.tv_usec);
    oldtv = tv;
    tm.expires = jiffies+1*HZ;
    add_timer(&tm);
}

static int __init demo_init(void)
{
    init_timer(&tm);
    do_gettimeofday(&oldtv);
    tm.function= callback;
    tm.data    = (unsigned long)"hello world";
    tm.expires = jiffies+1*HZ;
    add_timer(&tm);
    return 0;
}

延迟工作

除了使用内核定时器完成定时延迟工作，Linux内核还提供了一套封装好的”快捷方式”-delayed_work，和内核定时器类似，其本质也是利用工作队列和定时器实现，

//include/linux/workqueue.h
100 struct work_struct {           
101         atomic_long_t data;
102         struct list_head entry;
103         work_func_t func;
104 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
105         struct lockdep_map lockdep_map;
106 #endif
107 };
113 struct delayed_work {              
114         struct work_struct work;
115         struct timer_list timer;
116 
117         /* target workqueue and CPU ->timer uses to queue ->work */
118         struct workqueue_struct *wq;
119         int cpu;
120 };

“

struct work_struct
–103–>需要延迟执行的函数, typedef void (work_func_t)(struct work_struct work);

”

至此，我们可以使用一个delayed_work对象以及相应的调度API实现对指定任务的延时执行

//注册一个延迟执行
591 static inline bool schedule_delayed_work(struct delayed_work *dwork,unsigned long delay)
//注销一个延迟执行
2975 bool cancel_delayed_work(struct delayed_work *dwork)    

和内核定时器一样，延迟执行只会在超时的时候执行一次，如果要实现循环延迟，只需要在注册的函数中再次注册一个延迟执行函数。

schedule_delayed_work(&work,msecs_to_jiffies(poll_interval));

本文从理论和实践两方面，详细介绍了Linux内核定时器与延迟工作驱动开发的基本知识和技巧。我们首先了解了Linux内核定时器与延迟工作的概念、原理、特点和API函数，然后学习了如何使用Linux内核定时器与延迟工作来实现按键事件的检测和处理。最后，我们介绍了一些在Linux内核定时器与延迟工作驱动开发过程中可能遇到的问题，以及相应的解决方法。

通过本文，我们希望能够帮助你掌握Linux内核定时器与延迟工作驱动开发的基本方法和技巧，为你在嵌入式Linux领域的进一步学习和工作打下坚实的基础。

以上是Linux内核定时器与延迟工作驱动开发详解的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！