1 引入定时器
前面的gpio按键驱动 引入了中断，当按键按下会记录按键信息，理想状况是按下一次按键记录一组数据，但实际上按下机械振动导致电平反复跳动最后才稳定，按下一次gpio irq会触发多次，这个被叫做“抖动”，那么可以利用定时器进行“去抖”。
unsigned long exoires; //设定的超时的值
void(*function)(unsigned long); //超时处理函数
unsigned long data; //超时处理函数参数
1.1 内核函数
在内核中使用定时器很简单，涉及这些函数(参考内核源码include\linux\timer.h)
setup_timer(timer, fn, data)
到linux_5.10版本变成了timer_setup
设置定时器，主要是初始化 timer_list 结构体，设置其中的函数、参数。
-
void add_timer(struct timer_list *timer)
向内核添加定时器。 timer->expires 表示超时时间。
当超时时间到达 ， 就会调用这个函数 ：timer->function(timer->data)。 -
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
修改定时器的超时时间，
它等同于： del_timer(timer);
timer->expires = expires;
add_timer(timer);但是更加高效。 -
int del_timer(struct timer_list *timer)
删除定时器。
1.2 定时器时间单位
可以在内核源码根目录下用“ ls -a”看到一个隐藏文件.config, 可以看到如下这项：会被内核转换成include/generated/autoconf.h，HZ定义头文件uapi/asm-generic/param.h和include/asm-generic/param.h
CONFIG_HZ=100
这表示内核每秒中会发生 100 次系统滴答中断(tick)，这就像人类的心跳一样，这是 Linux 系统的心跳。每发生一次 tick 中断，全局变量 jiffies 就会累加 1。
CONFIG_HZ=100 表示每个滴答是 10ms。
定时器的时间就是基于 jiffies 的，我们修改超时时间时，一般使用这 2 种方法：
- add_timer 之前，直接修改：
imer.expires = jiffies + xxx; // xxx 表示多少个滴答后超时，也就是 xxx*10ms
imer.expires = jiffies + 2*HZ; // HZ 等于 CONFIG_HZ， 2*HZ HZ是100个10ms, 就相当于 2 秒 - add_timer 之后，使用 mod_timer 修改：
mod_timer(&timer, jiffies + xxx); // xxx 表示多少个滴答后超时，也就是 xxx*10ms
mod_timer(&timer, jiffies + 2*HZ); // HZ 等于 CONFIG_HZ， 2*HZ 就相当于 2 秒
2内核定时器实例
就前面讲到的gpio按键中断来举例，每次发生gpio 中断，irq中我们都去调用一次mod_timer函数判断是不是抖动带来的垃圾数据。如果是抖动，那么irq会一直触发，一直调用mod_timer，一直推迟定时器中断函数的触发。
当按下按键键值稳定下来后机械振动没了，电平数据趋于稳定了，那么gpio irq就不会一直响应了，也就是mod_timer函数不会一直调用了，那么等到timer超时，上报数据，整个流程如下图所示：
驱动代码
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>
struct gpio_key{
int gpio;
struct gpio_desc *gpiod;
int flag;
int irq;
struct timer_list key_timer;
} ;
static struct gpio_key *gpio_keys_100ask;
/* 主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_key_class;
/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;
struct fasync_struct *button_fasync;
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)
static int is_key_buf_empty(void)
{
return (r == w);
}
static int is_key_buf_full(void)
{
return (r == NEXT_POS(w));
}
static void put_key(int key)
{
if (!is_key_buf_full())
{
g_keys[w] = key;
w = NEXT_POS(w);
}
}
static int get_key(void)
{
int key = 0;
if (!is_key_buf_empty())
{
key = g_keys[r];
r = NEXT_POS(r);
}
return key;
}
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{
/* data ==> gpio */
struct gpio_key *gpio_key = data;
int val;
int key;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
key = (gpio_key->gpio << 8) | val;
put_key(key);
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);
kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
}
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
int err;
int key;
if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
return -EAGAIN;
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());
key = get_key();
err = copy_to_user(buf, &key, 4);
return 4;
}
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
return 0;
else
return -EIO;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
.fasync = gpio_key_drv_fasync,
};
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_key->gpio);
mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/5);
return IRQ_HANDLED;
}
/* 1. 从platform_device获得GPIO
* 2. gpio=>irq
* 3. request_irq
*/
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
enum of_gpio_flags flag;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
count = of_gpio_count(node);
if (!count)
{
printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_100ask = kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpio_keys_100ask[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
if (gpio_keys_100ask[i].gpio < 0)
{
printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_100ask[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_100ask[i].gpio);
gpio_keys_100ask[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
gpio_keys_100ask[i].irq = gpio_to_irq(gpio_keys_100ask[i].gpio);
setup_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer, key_timer_expire, &gpio_keys_100ask[i]);
gpio_keys_100ask[i].key_timer.expires = ~0;
add_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer);
}
for (i = 0; i < count; i++)
{
err = request_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpio_keys_100ask[i]);
}
/* 注册file_operations */
major = register_chrdev(0, "100ask_gpio_key", &gpio_key_drv); /* /dev/gpio_key */
gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_gpio_key_class");
if (IS_ERR(gpio_key_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
return PTR_ERR(gpio_key_class);
}
device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_gpio_key"); /* /dev/100ask_gpio_key */
return 0;
}
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
device_destroy(gpio_key_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(gpio_key_class);
unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
count = of_gpio_count(node);
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, &gpio_keys_100ask[i]);
del_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer);
}
kfree(gpio_keys_100ask);
return 0;
}
static const struct of_device_id ask100_keys[] = {
{ .compatible = "100ask,gpio_key" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
.probe = gpio_key_probe,
.remove = gpio_key_remove,
.driver = {
.name = "100ask_gpio_key",
.of_match_table = ask100_keys,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
分析：
probe函数进行初始化定时器，这里add_timer前修改expires，为了防止定时器中断提前触发（按键还没按下就触发了定时器中断），因此修改expires为一个最大值。
当按下按键gpio_irq按键中断服务程序响应后，调用mod_timer进行修改定时器超时时间，用来去除“抖动”。jiffies + HZ/5表示延时20个tick时钟滴答，也就是20*10ms，如果这个时间内有多次电平跳动，那么不会去上报数据，而是继续修改定时器超时时间，直到按键数据稳定后，也就是200ms已经到了但是没有人去修改定时器超时时间，那么将会触发定时器中断，上报按键数据。
2.1 硬件中断和软件中断
- 硬件中断包含gpio，网卡，外围电路IP等等，tick（产生一次tick系统滴答中断，jiffies加1）
- 软件中断包含TIMER 表示定时中断、RCU 表示 RCU 锁中断、SCHED 表示内核调度中断
区别：
上半部直接处理硬件请求，也就是硬中断，主要是负责耗时短的工作，特点是快速执行；
下半部是由内核触发，也就说软中断，主要是负责上半部未完成的工作，通常都是耗时比较长的事情，特点是延迟执行
硬中断（上半部）是会打断 CPU 正在执行的任务，然后立即执行中断处理程序，而软中断（下半部）是以内核线程的方式执行
cat /proc/softirqs可以看软件中断信息
cat /proc/interrupts可以看硬件中断
2.2 深入理解定时器中断
定时器就是通过软件中断来实现的，它属于 TIMER_SOFTIRQ 软中断
对于 TIMER_SOFTIRQ 软中断，初始化代码如下：
void __init init_timers(void)
{
init_timer_cpus();
init_timer_stats();
open_softirq(TIMER_SOFTIRQ, run_timer_softirq);
}
当发生硬件中断时，硬件中断处理完后，内核会调用软件中断的处理函数。
对于 TIMER_SOFTIRQ，会调用 run_timer_softirq，它的函数如下：
run_timer_softirq
__run_timers(base);
while (time_after_eq(jiffies, base->clk)) {
……
expire_timers(base, heads + levels);
fn = timer->function;
data = timer->data;
call_timer_fn(timer, fn, data);
fn(data);
简单地说， add_timer 函数会把 timer 放入内核里某个链表；在 TIMER_SOFTIRQ 的处理函数中，会从链表中把这些超时的 timer 取出来，
执行其中的函数。怎么判断是否超时？ jiffies 大于或等于 timer->expires 时， timer 就超时，执行超时处理函数。
找到时钟滴答：
在开发板执行以下命令，可以看到 CPU0 下有一个数值变化特别快，它就是滴答中断tick
以 100ASK_IMX6ULL 为做，滴答中断名字就是“ i.MX Timer Tick”。在 Linux内核源码目录下执行以下命令：
grep "i.MX Timer Tick" * -nr
drivers/clocksource/timer-imx-gpt.c:319: act->name = "i.MX Timer Tick";
⚫ 打开 timer-imx-gpt.c 319 行左右，可得如下源码：
act->name = "i.MX Timer Tick";
act->flags = IRQF_TIMER | IRQF_IRQPOLL;
act->handler = mxc_timer_interrupt;
act->dev_id = ced;
return setup_irq(imxtm->irq, act);
⚫ mxc_timer_interrupt 应该就是滴答中断的处理函数，代码如下：
static irqreturn_t mxc_timer_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
struct clock_event_device *ced = dev_id;
struct imx_timer *imxtm = to_imx_timer(ced);
uint32_t tstat;
tstat = readl_relaxed(imxtm->base + imxtm->gpt->reg_tstat);472 / 573
imxtm->gpt->gpt_irq_acknowledge(imxtm);
ced->event_handler(ced);
return IRQ_HANDLED;
}
在看ced->event_handler(ced)：ced->event_handler(ced)是哪一个函数？不太好找，使用 QEMU 来调试内核，在 mxc_timer_interrupt 中打断点跟踪代码发现它对应 tick_handle_periodic。
tick_handle_periodic 位于 kernel\time\tick-common.c 中，它里面的调用关系如下：
tick_handle_periodic
tick_periodic(cpu);
do_timer(1);
jiffies_64 += ticks; // jiffies 就是 jiffies_64
为何说 jiffies 就是 jiffies_64？在 arch\arm\kernel\vmlinux.lds.S 有如下代码：
#ifndef __ARMEB__
jiffies = jiffies_64;
#else
jiffies = jiffies_64 + 4;
#endif
上述代码说明了，对于大字节序的 CPU， jiffies 指向 jiffies_64 的高 4字节；对于小字节序的 CPU， jiffies 指向 jiffies_64 的低 4 字节。对 jiffies_64 的累加操作，就是对 jiffies 的累加操作。