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内核定时器

一．Linux内核定时器概念

不同于单片机定时器，Linux内核定时器是一种基于未来时间点的计时方式，以当前时刻为启动的时间点，以未来的某一时刻为终止点。比如，现在是10点5分，我要定时5分钟，那么定时就是10点5分+5分钟=10点10分。这个和咱们的手机闹钟很类似。比如你要定一个第二天早晨的8点的闹钟，就是当前时间定时到第二天早晨8点。

需要注意的是，内核定时器定时精度不高，不能作为高精度定时器使用。并且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。

二．Linux内核定时器基础知识

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，不是时长，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;
};

在这个结构体中，有几个参数我们需要重点关注一下。

一个是expires到期时间，单位是节拍数。等于定时的当前的时钟节拍计数（存储在系统的全局变量jiffies）+定时时长对应的时钟节拍数量。

那么我怎么把时间转换成节拍数量呢？

示例：从现在开始定时1秒：

内核中有一个宏HZ,表示一秒对应的时钟节拍数，那么我们就可以通过这个宏来把时间转换成节拍数。

所以，定时1秒就是：

expires = jiffies + 1*HZ

HZ的值我们是可以设置的，也就是说一秒对应的时钟拍数我们是可以设置的，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

宏HZ就是CONFIG_HZ，因此HZ=100，表示一秒的节拍数是100，们在编译 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。

通过上图我们可以发现可选的系统节拍率为 100Hz、 200Hz、 250Hz、 300Hz、 500Hz 和1000Hz。默认是100Hz。

第二个我们需要关心的参数是function超时处理函数，这个并不是硬件中断服务程序。原型：void function(unsigned long data);

第三个参数是data 传递给超时处理函数的参数，可以把一个变量的地址转换成unsigned long 。

三．Linux内核定时器相关操作函数

头文件

#include <linux/timer.h>

1.时间转换函数

<1>ms转换为时钟节拍函数

unsigned long msecs_to_jiffies(const unsigned int m);

<2>us转换为时钟节拍函数

unsigned long usecs_to_jiffies(const unsigned int u);

举例：

<1>定时10ms

计算：jiffies +msecs_to_jiffies(10)

<2>定时10us

计算：jiffies +usecs_to_jiffies(10)

<3>宏DEFINE_TIMER

原型：

DEFINE_TIMER(_name, _function, _expires, _data);

作用：静态定义结构体变量并且初始化function, expires, data 成员。

参数：

_name 变量名；

_function 超时处理函数；

void (*function)(unsigned long);

_expires到点时间，一般在启动定时前需要重新初始化。

_data 传递给超时处理函数的参数

<4>add_timer 函数

原型：

void add_timer(struct timer_list *timer);

作用：add_timer 函数用于向 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

参数：

timer：要注册的定时器。

<5>del_timer 函数

原型：

int del_timer(struct timer_list * timer);

作用：del_timer 函数用于删除一个定时器，不管定时器有没有被激活，都可以使用此函数删除。在多处理器系统上，定时器可能会在其他的处理器上运行，因此在调用 del_timer 函数删除定时器之前要先等待其他处理器的定时处理器函数退出

timer：要删除的定时器。

返回值： 0，定时器还没被激活； 1，定时器已经激活。

<6>mod_timer 函数

函数原型：

int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);

作用：mod_timer 函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话， mod_timer 函数会激活定时器！

参数：

timer：要修改超时时间(定时值)的定时器。

expires：修改后的超时时间节拍数。

返回值：0，调用 mod_timer 函数前定时器未被激活； 1，调用 mod_timer 函数前定时器已被激活