Linux内核 -- Clocksource的注册与使用

Linux Clocksource 使用教程

本文档介绍了如何在Linux内核中实现和使用clocksource，并提供了内核态和用户态使用clocksource的示例代码。

1. Clocksource 驱动实现

以下是一个简单的基于周期计数器的clocksource驱动实现示例。

1.1 定义clocksource结构体

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/clocksource.h>
#include <linux/io.h>#define COUNTER_BASE_ADDR 0x10000000  // 假设计数器寄存器基地址
#define COUNTER_FREQ 1000000  // 计数器频率，单位Hzstatic void __iomem *counter_base;static u64 read_counter(struct clocksource *cs)
{return readl(counter_base);  // 读取计数器当前值
}static struct clocksource my_clocksource = {.name = "my_counter",.rating = 300,.read = read_counter,.mask = CLOCKSOURCE_MASK(32),.flags = CLOCK_SOURCE_IS_CONTINUOUS,.mult = 0,  // 将在注册时计算.shift = 0,  // 将在注册时计算
};

1.2 初始化与注册clocksource

static int __init my_clocksource_init(void)
{// 映射计数器寄存器地址counter_base = ioremap(COUNTER_BASE_ADDR, sizeof(u32));if (!counter_base)return -ENOMEM;// 计算mult和shift值，mult = NSEC_PER_SEC / freq，shift通常为0clocksource_register_hz(&my_clocksource, COUNTER_FREQ);pr_info("My clocksource registered\n");return 0;
}static void __exit my_clocksource_exit(void)
{clocksource_unregister(&my_clocksource);iounmap(counter_base);pr_info("My clocksource unregistered\n");
}module_init(my_clocksource_init);
module_exit(my_clocksource_exit);MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("A simple clocksource driver example");

2. 内核态使用clocksource

内核态代码可以直接使用clocksource API。以下是一些方法：

2.1 访问当前clocksource的时间戳

#include <linux/clocksource.h>void use_clocksource(void)
{struct clocksource *cs;u64 cycles;cs = clocksource_get_next();if (cs && cs->read){cycles = cs->read(cs);pr_info("Current clocksource cycles: %llu\n", cycles);}
}

2.2 使用ktime和clocksource

#include <linux/ktime.h>
#include <linux/timekeeping.h>void use_ktime(void)
{ktime_t kt;kt = ktime_get();pr_info("Current ktime: %lld ns\n", ktime_to_ns(kt));
}

3. 用户态使用clocksource

用户态程序无法直接访问内核的clocksource，但可以通过系统调用获取精确的时间信息，例如clock_gettime或rdtsc（如果在x86平台上）。

3.1 使用`clock_gettime`获取高精度时间

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main(void)
{struct timespec ts;if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts) == 0){printf("Current time: %ld.%09ld seconds since epoch\n",ts.tv_sec, ts.tv_nsec);}else{perror("clock_gettime");}return 0;
}

3.2 x86平台使用`rdtsc`指令

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <x86intrin.h>int main(void)
{uint64_t tsc;tsc = __rdtsc();printf("Current TSC: %llu\n", tsc);return 0;
}