《驱动学习

1.内核定时器概念

　　内核定时器是内核用来控制在未来某个时间点（基于jiffies）调度执行某个函数的一种机制，现位于 <Linux/timer.h> 和 kernel/timer.c 文件中。

　　被调度的函数肯定是异步执行的，它类似于一种“软件中断”，而且是处于非进程的上下文中，所以调度函数必须遵守以下规则：

　　1) 没有 current 指针、不允许访问用户空间。因为没有进程上下文，相关代码和被中断的进程没有任何联系。

　　2) 不能执行休眠（或可能引起休眠的函数）和调度。

　　3) 任何被访问的数据结构都应该针对并发访问进行保护，以防止竞争条件。 

 

　　内核定时器的调度函数运行过一次后就不会再被运行了（相当于自动注销），但可以通过在被调度的函数中重新调度自己来周期运行。

　　在SMP系统中，调度函数总是在注册它的同一CPU上运行，以尽可能获得缓存的局域性。　

度量时间差
  内核通过定时器中断来跟踪时间流。下面是一些相关的概念：

　　时钟中断：由系统定时硬件以周期性的间隔产生。
　　hz：上述间隔由hz的值设定，hz是一个与体系结构相关的常数，定义在<linux/param.h>中，大多数平台的hz值定义的默认范围：50-1200，软件仿真器：24，x86PC：1000
　　计数器：发生时钟中断一次，计数器加一，这个计数器的值(只有)在系统引导时被初始化为0。
　　Jiffies_64变量 ：计数器被看为的一个64位的变量（即使在32位架构上也是64位）
　　jiffies变量：Jiffies_64变量基本不适用，一般用jiffies变量，unsigned long 型变量，要么与jiffies_64相同，要么取其低32位。

　　注意：jiffies和jiffies_64都是只读变量。

#include<linux/jiffies.h>
unsigned long j,stamp_1,stamp_half,stamp_n;
j=jiffies;        //读取当前值
stamp_1=j+HZ;  //未来的一秒
stamp_half=j+HZ/2;  //未来的0.5秒
stamp_n=j+n*HZ/1000;  // 未来的n毫秒

　　有关定时器更加详细资料：https://blog.csdn.net/baidu_38661691/article/details/94625342

2.内核定时器API

struct timer_list {
    struct list_head entry;
    unsigned long expires;

    void (*function)(unsigned long);
    unsigned long data;

    struct tvec_base *base;
　　/*略*/
};

　　其中 expires 字段表示期望定时器执行的 jiffies 值，到达该 jiffies 值时，将调用 function 函数，并传递 data 作为参数。当一个定时器被注册到内核之后，entry 字段用来连接该定时器到一个内核链表中。base 字段是内核内部实现所用的。

　　需要注意的是 expires 的值是32位的，因为内核定时器并不适用于长的未来时间点。

定时器初始化：

　　在使用 struct timer_list 之前，需要初始化该数据结构，确保所有的字段都被正确地设置。初始化有两种方法。 

方法一：DEFINE_TIMER(timer_name, function_name, expires_value, data);

　　该宏会定义一个名叫 timer_name 内核定时器，并初始化其 function, expires, name 和 base 字段。

方法二：
struct timer_list mytimer;
void init_timer(struct timer_list *timer);

　　tm->expires = ;
　　tm->function = ;
　　tm->data = ; 

向内核注册定时器

add_timer(struct timer_list *timer) 

重新注册（修改）

 

mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)

　　mod_timer() 会重新注册定时器到内核，而不管定时器函数是否被运行过。

 

 

注销定时器

 

del_timer(struct timer_list *timer)
del_timer_sync(struct timer_list *timer)

　　其中 del_timer_sync 是用在 SMP 系统上的（在非SMP系统上，它等于del_timer），当要被注销的定时器函数正在另一个 cpu 上运行时，del_timer_sync() 会等待其运行完，所以这个函数会休眠。另外还应避免它和被调度的函数争用同一个锁。对于一个已经被运行过且没有重新注册自己的定时器而言，注销函数其实也没什么事可做。 

int timer_pending(const struct timer_list *timer);

　　这个函数用来判断一个定时器是否被添加到了内核链表中以等待被调度运行。注意，当一个定时器函数即将要被运行前，内核会把相应的定时器从内核链表中删除（相当于注销）。　　

 使用例程

/* 实现每隔一秒向内核log中打印一条信息 */
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/time.h>
#include <linux/timer.h>

static struct timer_list tm;
struct timeval oldtv;

void callback(unsigned long arg)
{
    struct timeval tv;
    char *strp = (char*)arg;
    
    printk("%s: %lu, %s
", __func__, jiffies, strp);

    do_gettimeofday(&tv);
    printk("%s: %ld, %ld
", __func__,
        tv.tv_sec - oldtv.tv_sec,        //与上次中断间隔 s
        tv.tv_usec- oldtv.tv_usec);        //与上次中断间隔 ms
    

    oldtv = tv;
    tm.expires = jiffies+1*HZ;    
    add_timer(&tm);        //重新开始计时
}

static int __init demo_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "%s : %s : %d - ok.
", __FILE__, __func__, __LINE__);

    init_timer(&tm);    //初始化内核定时器

    do_gettimeofday(&oldtv);        //获取当前时间
    tm.function= callback;            //指定定时时间到后的回调函数
    tm.data    = (unsigned long)"hello world";        //回调函数的参数
    tm.expires = jiffies+1*HZ;        //定时时间
    add_timer(&tm);        //注册定时器

    return 0;
}

static void __exit demo_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "%s : %s : %d - ok.
", __FILE__, __func__, __LINE__);
    del_timer(&tm);        //注销定时器
}

module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Farsight");
MODULE_DESCRIPTION("Demo for kernel module");

一些和时间相关的内容

linux/jiffies.h

计数值：
jiffies
u64 get_jiffies_64(void)

asm/param.h
每秒触发中断的次数
HZ

---------------------------------------------

时间值
秒数=(jiffies(new) - jiffies(old))/HZ
jiffies(new) = jiffies(old) + 秒*HZ

---------------------------------------------
linux/delay.h
延时函数
void ssleep(unsigned int seconds);
void msleep(unsigned int msecs);

---------------------------------------------
时间函数
linux/time.h
void do_gettimeofday(struct timeval *tv)

3.定时器实现按键防抖

 　　

static struct timer_list buttons_timer;

static int drv_init(void)
{
    init_timer(&buttons_timer);
    buttons_timer.function = buttons_timer_function;
    //buttons_timer.expires  = 0;  不设置默认是0
    add_timer(&buttons_timer); 
         /*略*/       

    return 0;
}    

static void sixth_drv_exit(void)
{
        del_timer(&buttons_timer);
    return 0;
}

/* 按键中断服务函数 */
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
    /* 10ms后启动定时器 */
    mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

/* 定时器服务函数 */
static void buttons_timer_function(unsigned long data)
{
　　　　　//这里是为了判断是否是第一次触发定时器中断服务函数，因为pindesc是在open的时候才去使用，
　　　　　　　当这个时候pindesc这个结构体指针才会被赋值，也就是第一次触发定时器中断服务函数这个指针为NULL。因为一执行完init就立马触发定时器中断服务函数，这个指针肯定为NULL
        if (!pindesc)
        return;

        将获取按键值得代码放在这里执行

}

 　　init函数一开始进行初始化和向内核注册定时器。（注意：在这边没设置expires，默认为0。意味着就立马触发中断。因此要在中断中进行判断，如果是第一次触发，就return）

　　如果触发按键中断，通过按键中断服务函数修改定时器，其实也就是重新向内核注册定时器。并在10ms后调用定时器中断服务函数。

　　最后exit函数中再把定时器去掉，可有可无。因为在调用定时器中断服务函数，内核自动将定时器从队列中移除。