x4412&ibox项目实战45－Linux内核定时器编程实验

armeasy

内核定时器是管理内核时间的基础。内核经常要推迟执行一些代码，如底半部机制就是为了将工作推后执行。时钟中断由系统的定时硬件以周期性的时间间隔产生，这个间隔由内核根据HZ来确定。每当时钟中断发生时，全局变量jiffies(unsigned long)就加1，因此jiffies记录了自linux启动后时钟中断发生的次数。内核定时器用于控制定时器处理函数在未来的某个特定时间执行。内核定时器注册的处理函数只执行一次，它在超时后就自行销毁,动态定时器不断地创建和销毁，而且它的运行次数也不受限制。

定时器的使用只须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。我们从一个简单的秒定时器驱动实例开始。

编写一个简单的秒定时器驱动，应用从驱动中读取定时器值并打印出来。

在kernel/drivers/char/x4412目录下新建x4412-second.c文件，编辑内容如下：

1. #include <linux/kernel.h>
   
2. #include <linux/module.h>
   
3. #include <linux/init.h>
   
4. #include <linux/fs.h>
   
5. #include <linux/cdev.h>
   
6. #include <linux/uaccess.h>
   
7. #include <linux/timer.h>
   
8. #include <asm/atomic.h>
   
9. #include <linux/slab.h>
   
10. #include <linux/device.h>
    
11. 
    
12. static int x4412_second_major;
    
13. static struct class *cdev_class;
    
14. struct x4412_second_dev{
    
15.          struct cdev cdevp;
    
16.          atomic_t counter;
    
17.          struct timer_list s_timer;
    
18. };
    
19. struct x4412_second_dev *second_devp;
    
20. static void second_timer_handle(unsigned long arg)
    
21. {
    
22.          mod_timer(&second_devp->s_timer,jiffies+HZ);
    
23.          atomic_inc(&second_devp->counter);
    
24. }
    
25. static int x4412_second_open(struct inode *inode,struct file *filp)
    
26. {
    
27.     init_timer(&second_devp->s_timer);  
    
28.     second_devp->s_timer.function=&second_timer_handle;
    
29.     second_devp->s_timer.expires=jiffies+HZ;
    
30.     add_timer(&second_devp->s_timer);
    
31.     atomic_set(&second_devp->counter,0);
    
32.     return 0;
    
33. }
    
34. int x4412_second_release(struct inode *inode,struct file *filp)
    
35. {  
    
36.     del_timer(&second_devp->s_timer);
    
37.     return 0;
    
38. }
    
39. static ssize_t x4412_second_read(struct file *filp,char __user *buf,size_t count,loff_t *ppos)
    
40. {
    
41.      int counter;
    
42.     counter=atomic_read(&second_devp->counter);
    
43.     if(copy_to_user(buf,&counter,0x4))
    
44.                      return -EFAULT;
    
45.     else
    
46.                   return sizeof(unsigned int);
    
47. }
    
48. static const struct file_operations second_fops={
    
49.     .owner=THIS_MODULE,
    
50.     .open=x4412_second_open,
    
51.     .release=x4412_second_release,
    
52.     .read=x4412_second_read,
    
53. };
    
54. static void second_setup_cdev(struct x4412_second_dev *second_devp,int index)
    
55. {
    
56.     int err,devno=MKDEV(x4412_second_major,index);
    
57.     cdev_init(&second_devp->cdevp,&second_fops);
    
58.     second_devp->cdevp.owner=THIS_MODULE;
    
59.     second_devp->cdevp.ops=&second_fops;
    
60.     err=cdev_add(&second_devp->cdevp,devno,1);
    
61.     if(err)
    
62.                      printk("add the second cdev failly");
    
63. }
    
64. static void x4412_clear_cdev(void)
    
65. {
    
66.          cdev_del(&second_devp->cdevp);
    
67.          unregister_chrdev_region(MKDEV(x4412_second_major, 0), 1);
    
68. }
    
69. int __init x4412_second_init(void)
    
70. {
    
71.     int ret;
    
72.     dev_t devno;
    
73.         ret=alloc_chrdev_region(&devno,0,1,"x4412-second");
    
74.         x4412_second_major=MAJOR(devno);
    
75.     if(ret<0)
    
76.                       return ret;
    
77.     second_devp=kmalloc(sizeof(struct x4412_second_dev),GFP_KERNEL);
    
78.     if(!second_devp)
    
79.     {
    
80.                    ret=-ENOMEM;
    
81.                    goto fail_malloc;
    
82.     }
    
83.          memset(second_devp,0,sizeof(struct x4412_second_dev));
    
84.          second_setup_cdev(second_devp,0);
    
85.          cdev_class = class_create(THIS_MODULE,"x4412-second");
    
86.          if(IS_ERR(cdev_class))
    
87.          {
    
88.                    x4412_clear_cdev();
    
89.                    return PTR_ERR(cdev_class);
    
90.          }
    
91.          device_create(cdev_class,NULL,MKDEV(x4412_second_major,0),NULL,"x4412-second");
    
92.     return 0;
    
93. fail_malloc:
    
94.          unregister_chrdev_region(devno,1);
    
95.          return -1;
    
96. }
    
97. void x4412_second_exit(void)
    
98. {
    
99. device_destroy(cdev_class,MKDEV(x4412_second_major,0));
    
100.          class_destroy(cdev_class);
     
101.     cdev_del(&second_devp->cdevp);
     
102.     kfree(second_devp);
     
103.     unregister_chrdev_region(MKDEV(x4412_second_major,0),1);
     
104. }
     
105. MODULE_AUTHOR("www.9tripod.com");
     
106. MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
     
107. module_init(x4412_second_init);
     
108. module_exit(x4412_second_exit);

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       编辑kernel/drivers/char/x4412/Kconfig文件，添加如下语句：

1. config X4412_SECOND_DRIVER
   
2.          tristate "x4412 second timer driver"
   
3.          default m
   
4.          help
   
5.          compile for x4412 second timer driver,y for kernel,m for module.

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       编辑kernel/drivers/char/x4412/Makefile文件，添加如下语句：

1. obj-$(CONFIG_X4412_SECOND_DRIVER) += x4412-second.o

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       编译内核，在kernel/drivers/char/x4412目录下将会生成目标文件x4412-second.ko。

       在ubuntu用户目录或samba目录下新建应用程序x4412-second-app.c文件，编辑内容如下：

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <stdlib.h>
   
3. #include <fcntl.h>
   
4. 
   
5. main()
   
6. {
   
7.          int fd;
   
8.          int counter = 0;
   
9.          int old_counter = 0;
   
10.          /*打开/dev/second 设备文件*/
    
11.          fd = open("/dev/x4412-second", O_RDONLY);
    
12.          if (fd != - 1)
    
13.          {
    
14.                    while (1)
    
15.                    {
    
16.                             read(fd,&counter, sizeof(unsigned int));//读目前经历的秒数
    
17.                             if(counter!=old_counter)
    
18.                             {
    
19.                                      printf("seconds after open /dev/x4412-second :%d\n",counter);
    
20.                                      old_counter = counter;
    
21.                             }
    
22.                    }
    
23.          }
    
24.          else
    
25.          {
    
26.                    printf("Device open failure\n");
    
27.          }
    
28. }

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    执行如下指令编译应用程序：

1. arm-none-linux-gnueabi-gcc x4412-second-app.c -o x4412-second-app

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       加载驱动模块后，运行应用程序，观察测试效果：

1. [root@x4412 mnt]# insmod x4412-second.ko
   
2. [root@x4412 mnt]# ./x4412-second-app
   
3. [   77.851276] CPU2: Booted secondary processor
   
4. [   77.855022] Switched to NOHz mode on CPU #2
   
5. seconds after open /dev/x4412-second :1
   
6. seconds after open /dev/x4412-second :2
   
7. seconds after open /dev/x4412-second :3
   
8. seconds after open /dev/x4412-second :4
   
9. seconds after open /dev/x4412-second :5
   
10. seconds after open /dev/x4412-second :6
    
11. 
    
12. [root@x4412 mnt]#

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       通过实例，回过头来分析定时器的使用方法。

       第一步：定义一个定时器：

1. struct timer_list s_timer;

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       第二步：在open函数中初始化定时器，并指定定时器服务函数，设置定时器到期时间，然后将定时器添加到内核定时器链表。

1. static int x4412_second_open(struct inode *inode,struct file *filp)
   
2. {
   
3.      ……
   
4.     init_timer(&second_devp->s_timer);//打开驱动时初始化定时器
   
5.     second_devp->s_timer.function=&second_timer_handle;//指定定时器服务函数
   
6.     second_devp->s_timer.expires=jiffies+HZ;//设定定时器到期时间为1秒
   
7.     add_timer(&second_devp->s_timer);//将定时器添加到内核定时器链表
   
8.      ……
   
9. }

复制代码

       第三步：编写定时器服务函数：

1. static void second_timer_handle(unsigned long arg)
   
2. {
   
3.          mod_timer(&second_devp->s_timer,jiffies+HZ);//修改定时器的expire并再次启动
   
4.          ……
   
5. }

复制代码

       第四步：在release函数中删除定时器：

1. int x4412_second_release(struct inode *inode,struct file *filp)
   
2. {
   
3.     del_timer(&second_devp->s_timer);//关闭驱动时删除定时器
   
4.     ……
   
5. }

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       在本示例中还定义了一个原子变量，用于记录定时器一共经历了多少秒。在open函数中，初始化原子变量为0，然后每发生一次定时器中断，原子变量加1。在read函数中，通过atomic_read函数读出原子变量值，并通过copy_to_user函数上报给应用。在open函数中定义的定时器到期时间为jiffies+HZ，这里HZ表示1秒，jiffies记录了系统启动后所经历的时间，jiffies+HZ表示从当前时间开始，再过1秒触发定时器中断，即定时器时间为1秒。由于定时器的工作是不连续的，因此在中断服务函数中通过mod_timer函数重新修改定时器到期时间，并再次启动。修改后的到期时间仍然为jiffies+HZ，这时的jiffies和之前的jiffies值已经不同了，它记录的是当前时间，不断的会增加。正是利用了jiffies的特性，巧妙的实现了间隔一秒循环定时的功能。

编译好的映像：
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2014-10-14 17:07 上传

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