i.MX8MM处理器采用了先进的14LPCFinFET工艺，提供更快的速度和更高的电源效率;四核Cortex-A53，单核Cortex-M4，多达五个内核 ，主频高达1.8GHz，2G DDR4内存、8G EMMC存储。千兆工业级以太网、MIPI-DSI、USB HOST、WIFI/BT、4G模块、CAN、RS485等接口一应俱全。H264、VP8视频硬编码，H.264、H.265、VP8、VP9视频硬解码，并提供相关历程,支持8路PDM接口、5路SAI接口、2路Speaker。系统支持Android9.0(支持获取root限)Linux4.14.78+Qt5.10.1、Yocto、Ubuntu20、Debian9系统。适用于智能充电桩，物联网，工业控制，医疗，智能交通等，可用于任何通用工业和物联网应用、
【公众号】迅为电子
【粉丝群】258811263
第六十一章 Linux内核定时器
本章导读
定时器是我们最常用到的功能，一般用来完成定时功能，本章我们就来学习一下 Linux 内核提供的定时器 API 函数，通过这些定时器 API 函数我们可以完成很多要求定时的应用。Linux内核也提供了短延时函数，比如微秒、纳秒、毫秒延时函数，本章我们就来学习一下这些和时间有关的功能。
61.1章节讲解了Linux内核时间管理的基础知识
61.2章节讲解了内核定时器简介和相关函数介绍
61.3章节以实验的形式进行Linux内核定时器实验，实现内核定时器每隔一秒打印“This is timer_function \n”。
本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：
内核定时器 → https://www.bilibili.com/video/BV1Vy4y1B7ta?p=40
程序源码在网盘资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\2.驱动程序例程\018-Linux内核定时器”路径下。
61.1 Linux 内核时间管理
时间管理在内核中占有非常重要的地位。相对于事件驱动，内核中有大量的函数都是基于时间驱动的。
内核必须管理系统的运行时间以及当前的日期和时间。
周期产生的事件都是由系统定时器驱动的。系统定时器是一种可编程硬件芯片，它已固定频率产生中
断。该中断就是所谓的定时器中断，它所对应的中断处理程序负责更新系统时间，还负责执行需要周期性
运行的任务。系统定时器和时钟中断处理程序是 Linux 系统内核管理机制中的中枢。
61.1.1 内核中的时间概念
硬件为内核提供了一个系统定时器用以计算流逝的时间，系统定时器以某种频率自行触发时钟中断，该频率可以通过编程预定，称节拍率。当时钟中断发生时，内核就通过一种特殊中断处理程序对其进行处
理。内核知道连续两次时钟中断的间隔时间。这个间隔时间称为节拍（tick），内核就是靠这种已知的时钟
中断来计算墙上时间和系统运行时间。墙上时间即实际时间，内核提供了一组系统调用以获取实际日期和
实际时间。系统运行时间——自系统启动开始所经过的时间——对用户和内核都很有用，因为许多程序都必
须清楚流逝过的时间。
61.1.2 节拍率
系统定时器频率是通过静态预处理定义的，也就是 HZ，在系统启动时按照 Hz 对硬件进行设置。体系结构不同，HZ 的值也不同。内核在文件 <include/asm-generic/param.h> 中定义了 HZ 的实际值，节拍率就是 HZ，周期为 1/HZ。一般 ARM 体系结构的节拍率多数都等于 100，3399默认为1000。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：
-> Kernel Features
-> Timer frequency (<choice> [=y])
选中“Timer frequency”，打开以后如下图所示：、
从上图可以看出可选的系统节拍率为 100Hz、200Hz、250Hz、300Hz、500Hz 和 1000Hz，默认情况下
选择 1000Hz。设置好以后打开 Linux 内核源码根目录下的.config 文件，在此文件中有如下图所示定义：
上图中的 CONFIG_HZ 为 1000，Linux 内核会使用 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：
# undef HZ
# define HZ CONFIG_HZ
# define USER_HZ 100
# define CLOCKS_PER_SEC (USER_HZ)
第 7 行定义了一个宏 HZ，宏 HZ 就是 CONFIG_HZ，因此 HZ=1000，我们后面编写 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。
61.1.3 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，
每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。因为一秒内时钟中断的次数等于 Hz，所以 jiffes 一秒内增加的值也就为 Hz，系统运行时间以秒为单位计算，就等于 jiffes/Hz。jiffes=seconds*HZ。jiffies 定义在文件include/linux/jiffies.h 中，定义如下：
extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
| 函数 | 作用 |
| time_after(unkown, known) | unkown 通常为 jiffies，known 通常是需要对比的值。 |
| time_before(unkown, known) | |
| time_after_eq(unkown, known) | |
| time_before_eq(unkown, known) |
如果 unkown 超过 known 的话，time_after 函数返回真，否则返回假。如果 unkown 没有超过 known
的话 time_before 函数返回真，否则返回假。time_after_eq 函数和 time_after 函数类似，只是多了判断等
于这个条件。同理，time_before_eq 函数和 time_before 函数也类似。
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，如下所示：
| 函数 | 作用 |
| int jiffies_to_msecs(const unsigned long j) | 将 jiffies 类型的参数 j 分别转换为对应的毫秒、微秒、纳秒。 |
| int jiffies_to_usecs(const unsigned long j) | |
| u64 jiffies_to_nsecs(const unsigned long j) | |
| long msecs_to_jiffies(const unsigned int m) | 将毫秒、微秒、纳秒转换为 jiffies 类型。 |
| long usecs_to_jiffies(const unsigned int u) | |
| unsigned long nsecs_to_jiffies(u64 n) |
举例来说
<1>定时10ms
计算：jiffies +msecs_to_jiffies(10)
<2>定时10us
计算：jiffies +usecs_to_jiffies(10)
61.2 内核定时器简介
定时器，有时也称为动态定时器或内核定时器——是管理内核时间的基础。定时器的使用很简单。只需要执行一些初始化工作，设置一个超时时间，指定超时发生后执行的函数，然后激活定时器就可以了。指定的函数将在定时器到期时自动执行。定时器并不周期运行，它在超时后就自行销毁，这也正是这种定时器被称为动态定时器的一个原因。
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：
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，tiemr_list 结构体的 expires 成员变量表示超时时间，单位为节拍数。比如我们现在需要定义一个周期为 2 秒的定时器，那么这个定时器的超时时间就是 jiffies+(2*HZ)，因此 expires=jiffies+(2*HZ)。function 就是定时器超时以后的定时处理函数，我们要做的工作就放到这个函数里面，需要我们编写这个定时处理函数。
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：
| 函数 | 作用 |
| void init_timer(struct timer_list *timer) | 初始化定时器 |
| #define DEFINE_TIMER(_name, _function, _expires, _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, name 和 base 字段。 |
| void add_timer(struct timer_list *timer) | 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 |
| int del_timer(struct timer_list * timer) | 删除一个定时器 |
| int del_timer_sync(struct timer_list *timer) | 等待其他处理器使用完定时器再删除 |
| int mod_timer(struct timer_list *timer,unsigned long expires) | 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 |
| 宏 | #define DEFINE_TIMER(_name, _function, _expires, _data) |
| _name | 变量名 |
| _function | 超时处理函数 |
| _data | 传递给超时处理函数的参数 |
| _expires | 到点时间，一般在启动定时前需要重新初始化。 |
| 功能 | 静态定义结构体变量并且初始化初始化function, expires, data 成员。 |
内核定时器一般的使用流程如下所示：
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);
}
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，这三个函数如下所示：
| 函数 | 作用 |
| void ndelay(unsigned long nsecs) | 纳秒、微秒和毫秒延时函数。 |
| void udelay(unsigned long usecs) | |
| void mdelay(unsigned long mseces) |
61.3 实验测试
我们拷贝最简单的驱动文件helloworld.c和Makefile到Ubuntu的/home/topeet/imx8mm/18目录下，我们在此基础上进行修改，编写驱动代码如下所示：
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/timer.h>
// 声明时间处理函数
static void timer_function(unsigned long 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, name 和 base 字段。
DEFINE_TIMER(test_timer, timer_function, 0, 0);/*** @description:超时处理函数 * @param {*}* @return {*}*/
static void timer_function(unsigned long data)
{printk(" This is timer_function \n");/*** @description: 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* @param {1} ** @return {*}*/mod_timer(&test_timer, jiffies + 1 * HZ);
}
static int hello_init(void)
{printk("hello world! \n");//初始化test_timer.expires意为超时时间test_timer.expires = jiffies + 1 * HZ;//定时器注册到内核里面，启动定时器add_timer(&test_timer);return 0;
}static void hello_exit(void)
{printk("gooodbye! \n");// 删除一个定时器del_timer(&test_timer);
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");编译完加载驱动模块，如下图所示：
如上图所示，内核定时器每隔一秒打印“This is timer_function \n”。
