imx6ull 内核定时器

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Linux 时间管理和内核定时器

内核 时间管理

stm32中，freertos，是依靠专属于CM3内核的systick定时器来提供系统节拍，从而提供系统时钟，SYSCLK

在A7内核中，也是一样的，也是使用IMX6ULL内部的某个定时器来实现系统时钟的定时

这里他说驱动开发无需了解是那一个定时器，只要掌握基本的api就行。

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。

系统频率，主频，系统节拍频率，systick定时器，SYSCLK辨析

stm32的systick

我们的stm32是通过内部高速时钟8M -> PLL锁相环倍频，得到系统时钟SYSCLK = 72Mhz， 这个直接输入到systick这个硬件内核定时器中。

systick因为直接接了时钟，所以直接就使能被打开了嘛。

然后你可以设置他的分频系数（这就本质上就是控制systick内部的VAL的变化快慢的，本质上systick并不是一个对外输出的信号，对外界，仅有中断信号输出。）

如果我设置systick定时器的分频系数位/1，那么systick的VAL还是72Mhz变化，所以VAL-1，就相当于经过了1/72 us。也就是说，如果我们读取VAL变化了72个，说明经过了1us

我们stm32在裸机中，因为无需使用到systick中断，所以延时靠的是cpu不停读取VAL来判断是否经过1us

在freertos中，我们通过设置LOAD，使能systick中断。比如说我们需要freertos中实现1ms的定时中断来调度任务，那么就要设置LOAD = 71999。这样可以实现

概念梳理：

  • 系统主频（心脏）：SYSCLK = 72Mhz
    • 决定了指令执行速度
  • 系统节拍（心脏跳动xxx下的提醒信号）：systick中断 1ms = 1khz
    • 作为操作系统运行时间的基准

linux和freertos一样，linux内核关心的是systick中断，也就是系统节拍，这是他调度任务的基准。毕竟linus也不会知道所有的芯片的主频。

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linux内核会在.config的配置文件中，指定你要的系统节拍，作用一般有：

  • 任务调度
    • 时间片管理
    • 抢占触发（任务切换）
  • 软件时间的度量单位（内核感知时间的最小粒度）
    • Jiffies更新（内核的全局变量，节拍计数）
    • 系统运行时间
  • 各种低精度延时/定时
    • 粗略延时：msleep这些
    • 内核定时器
  • 统计信息/负载监控
    • CPU负载计算
      • 每个节拍时刻统计cpu运行时间，相当于采样用
    • 资源统计

最终会在include/asm-generic/param.h中，调用上面我们定义需要的节拍频率

系统节拍的高低选择

linux上面选择的系统节拍是100hz,也就是10ms。太小了吧

高节拍率，低节拍率的优缺点：

  • 高节拍率
    • 系统时间精度更高
      • 100hz节拍率（systick中断）, 精度10ms, 1000hz就是1ms
    • 中断更加频繁，加剧系统负担。
      • 系统花10倍花销处理中断

      • 现在处理器很强，1000hz的系统节拍很正常
        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

        定义在include/linux/jiffies.h
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        一个64位系统的，一个32位系统的

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        两个全局变量底层都是一块内存，可以直接访问。

溢出问题

  • 32 位的 jiffies 只需要 49.7 天就发生了绕回，
  • 64 位的 jiffies 来说大概需要5.8 亿年才能绕回

所以需要处理32位置的绕回问题

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将系统节拍jiffies 转换成ms时间单位

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内核 定时器（软件定时器）

上面我们

  • 讲了基于系统节拍，来讲linux如何利用系统节拍来进行各种定时操作。
  • 分析了stm32里面的systick硬件定时器如何提供系统节拍

现在来看看linux内核的定时器。这里说的Linux 内核定时器采用系统时钟来实现，并不是我们在裸机篇中讲解的 PIT 等硬件定时器

相当于基于系统节拍，内核里面实现了一套通用的 超时判断，和回调的机制

只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可, 和我们使用硬件定时器的套路一样

注意

  • 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

使用

linux内核使用timer_list结构体，表示内核定时器。定义在include/linux/timer.h中

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;
};

api：

  • init_timer
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  • add_timer
    • alt text
  • del_timer
    • alt text
  • del_timer_sync
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  • mod_timer
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使用方法：

struct timer_list timer; /* 定义定时器 */

/* 定时器回调函数 */
void function(unsigned long arg)
{ 
    /* 
    * 定时器处理代码
    */

    /* 如果需要定时器周期性运行的话就使用 mod_timer
    * 函数重新设置超时值并且启动定时器。
    */
    mod_timer(&dev->timertest, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));
}

/* 初始化函数 */
void init(void) 
{
    init_timer(&timer); /* 初始化定时器 */

    timer.function = function; /* 设置定时处理函数 */
    timer.expires=jffies + msecs_to_jiffies(2000);/* 超时时间 2 秒 */
    timer.data = (unsigned long)&dev; /* 将设备结构体作为参数 */

    add_timer(&timer); /* 启动定时器 */
}

/* 退出函数 */
void exit(void)
{
    del_timer(&timer); /* 删除定时器 */
    /* 或者使用 */
    del_timer_sync(&timer);
}

内核短延时函数

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led闪烁

这个就很简单了，不说了。

这边还是教你内核里面的接口，具体原厂的驱动工程师，应该是要知道linux内核是如何通过读取systick中断来设置我们的系统节拍的。这边相当于驱动里面的应用开发了。

这里发现正点原子的例程有问题，他们居然喜欢把结构体的led的初始化（获取界限信息啊，gpio_request这些）放到open里面，这些难道不是insmod模块加载成功后就要初始化好的吗？总之，改正之后，把led_init放到模块的入口函数里面，就可以了。不然根本打不开设备。