内核中的时间

节拍率

• 硬件定时器的节拍率是通过宏定义的。这个宏是HZ。
• HZ宏在<asm/param.h>文件中定义；
• 不同的体系结构HZ的值不同；
• 对于ARM来说
  早期的linux内核版本，这个值是100；
  对于3.5.0版本的内核，这个值是200。
  也就是说每秒钟硬件定时器会产生200次中断。
• 若要修改HZ的值，可执行一下kernel/timeconst.pl脚本，该脚本会在kernel下自动生成timeconst.h

jiffies

• 全局变量jiffies用来记录自系统启动以来产生的节拍的总数。
• 启动时，内核将该变量初始化为0.
• 此后，每次时钟中断的处理程序会增加该变量的值。
• 因为一秒内时钟中断次数为HZ，所以jiffies一秒内增加的值为HZ。

• jiffies全局变量在<linux/jiffies.h>文件中定义：

  
  

jiffies的溢出和回绕问题

• jiffies为32位无符号类型，其能够记录的最大值为4294967295.
• 对于ARM体系统结构来说，HZ为200，也就是每秒钟jiffies增加200.
• 那么248.5天后，jiffies的值就会溢出；这是jiffies的值又回绕到0值。

定时器

• 内核经常需要推后执行某些代码，内核定时器能够使工作放到指定时间点上执行。
• 内核定时器的使用只需设置一个超时时间，指定超时发生后执行的函数就可以了。
• 指定的函数在定时时间到是自动执行。
• 定时器并不周期运行，而是在超时执行了指定的函数后，自动撤销。
• 也就是，定时器超时后执行的函数只会执行一次。

• 定时器使用timer_list结构表示
  定义在<linux/timer.h> 文件中

  
  
  
  

  expires ：定时值
  data : 传给定时器处理函数的参数
  function ：定时器处理函数

• 定时值的计算
  如当前的节拍数是jiffies
  1秒后的定时值是 jiffies+HZ
  10ms后的定时值是 jiffies+HZ/100
• 使用定时器，先要创建一个struct timer_list结构变量。
• 然后初始化该结构体变量的各个成员。方有以下几种：
  • 方法一：
    DEFINE_TIMER(timer_name, function_name, expires_value, data);
    该宏会静态创建一个名叫 timer_name 内核定时器，并初始化其 function, expires, data和 base 成员。
  • 方法二：

struct timer_list mytimer;
setup_timer(&mytimer, (*function)(unsigned long), unsigned long data);
mytimer.expires = jiffies + 5*HZ;

• 方法三：

struct timer_list mytimer;
init_timer(&mytimer); 
mytimer.expires = jiffies + 5*HZ;
mytimer.data = (unsigned long) dev;
mytimer.function = &my_timer_func; 

• 无论用哪种方法初始化，其本质都只是给成员赋值，所以只要在激活定时器之前，expires, function 和 data成员都可以直接再修改。
• 激活定时器：
  add_timer(struct timer_list * )
• 修改定时值并激活定时器：
  mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
• 删除定时器：
  del_timer(struct timer_list * )
  删除定时器意味着定时器不再处于激活运行状态，可以用上面的两个激活函数重新激活运行。

定时器使用流程

• 先定义一个定时器处理函数,函数的原型如下：
  void my_timer_function(unsigned long data);
• 创建定时器:
  struct timer_list my_timer;
• 设置定时器的值:
  my_timer.expires = jiffies + HZ/100; //定时10ms
my_timer.data = 0；
my_timer.function = my_timer_function;
• 在需要时，激活定时器
  add_timer(&my_timer);//激活定时器
mod_timer(&my_timer,jiffies+HZ/100);修改定时值，并激活定时器

延时执行

• 内核代码(尤其是驱动程序)除了使用定时器或下半部机制以外还需要其他方法来推迟执行任务。
• 内核提供了许多延迟方法处理各种延迟要求。
  不同的方法有不同的处理特点，
  有些是在延迟任务时挂起处理器，防止处理器执行任何实际工作；
  另一些不会挂起处理器，所以也不能确保被延迟的代码能够在指定的延迟时间运行。

• 忙等待
  最简单的延迟方法(虽然通常也是最不理想的办法)是忙等待。
  该方法仅仅在想要延迟的时间是节拍的整数倍，或者精确率要求不高时才可以使用。
  忙循环实现起来很简单，比如：

  
  
  
  

  循环不断执行，直到jiffies大于delay为止。

• 内核提供了四个宏来帮助比较节拍计数，它们能正确地处理了节拍计数回绕情况。
• 这些宏定义在文件<linux/jiffies.h>中：

time_after(a,b)     //a>b时，为真
time_before(a,b)    //a<b时，为真
time_after_eq(a,b)  //a>=b时，为真
time_before_eq(a,b) //a<=b时，为真

• 短延时
  内核提供了短暂而精确的延时函数
  对于频率为200HZ的时钟中断，它的节拍间隔是5ms；所以我们必须寻找其他方法满足更短、更精确的延迟要求。
  内核提供了两个可以处理微秒和毫秒级别的延迟的函数,定义在文件<linux/delay.h>：

void udelay(unsigned long usecs)
void mdelay(unsigned long msecs)
udelay(150)；    /*延迟150微秒*/

udelay()函数依靠执行数次循环达到延迟效果，而mdelay()函数又是通过udelay()函数实现的。
因为内核知道处理器在一秒内能执行多少次循环(BogoMIPS),所以udelay()函数仅仅需要根据指定的延迟时间在1秒中占的比例，就能决定需要进行多少次循环就能达到要求的推迟时间.