【正点原子FPGA连载】第二十九章 Linux内核定时器实验--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之Linux开发指南_V1.3

正点原子运营 · 发表于 2020-12-24 18:02:21

本帖最后由正点原子运营于 2020-12-24 18:01 编辑

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第二十九章 Linux内核定时器实验

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。

1.1 Linux时间管理和内核定时器简介1.1.1 内核时间管理简介

学习过UCOS或FreeRTOS的同学应该知道，UCOS或FreeRTOS是需要一个硬件定时器提供系统时钟，一般使用Systick作为系统时钟源。同理，Linux要运行，也是需要一个系统时钟的，至于这个系统时钟是由哪个定时器提供的，笔者没有去研究过Linux内核，但是在Cortex-A7内核中有个通用定时器，在《Cortex-A7 Technical ReferenceManua.pdf》的“9:Generic Timer”章节有简单的讲解，关于这个通用定时器的详细内容，可以参考《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition.pdf》的“chapter B8 The Generic Timer”章节。这个通用定时器是可选的，按照笔者学习FreeRTOS和STM32的经验，猜测Linux会将这个通用定时器作为Linux系统时钟源(前提是SOC得选配这个通用定时器)。具体是怎么做的笔者没有深入研究过，这里仅仅是猜测！不过对于我们Linux驱动编写者来说，不需要深入研究这些具体的实现，只需要掌握相应的API函数即可，除非你是内核编写者或者内核爱好者。

Linux内核中有大量的函数需要时间管理，比如周期性的调度程序、延时程序、对于我们驱动编写者来说最常用的定时器。硬件定时器提供时钟源，时钟源的频率可以设置，设置好以后就周期性的产生定时中断，系统使用定时中断来计时。中断周期性产生的频率就是系统频率，也叫做节拍率(tick rate)(有的资料也叫系统频率)，比如1000Hz，100Hz等等说的就是系统节拍率。系统节拍率是可以设置的，单位是Hz，我们在编译Linux内核的时候可以通过图形化界面设置系统节拍率，在内核源码目录下执行下面这条命令进入到menuconfig配置界面：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-menuconfig

复制代码

按照如下路径打开配置界面：

->Kernel Features
-> Timer frequency (<choice> [=y]

复制代码

选中“Timer frequency”，打开以后如图 43.1.1所示：

图 29.1.1 系统节拍率设置

从图 43.1.1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100Hz。设置好以后打开Linux内核源码根目录下的.config文件，在此文件中有如所示定义：

图 29.1.2 系统节拍率

图 43.1.2中的CONFIG_HZ为100，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：

示例代码32.1.1.1 include/asm-generic/param.h文件代码段

#undef HZ
#define HZ CONFIG_HZ
#define USER_HZ 100
#define CLOCKS_PER_SEC (USER_HZ)<span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>

复制代码

第7行定义了一个宏HZ，宏HZ就是CONFIG_HZ，因此HZ=100，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。

大多数初学者看到系统节拍率默认为100Hz的时候都会有疑问，怎么这么小？100Hz是可选的节拍率里面最小的。为什么不选择大一点的呢？这里就引出了一个问题：高节拍率和低节拍率的优缺点：

①、高节拍率会提高系统时间精度，如果采用100Hz的节拍率，时间精度就是10ms，采用1000Hz的话时间精度就是1ms，精度提高了10倍。高精度时钟的好处有很多，对于那些对时间要求严格的函数来说，能够以更高的精度运行，时间测量也更加准确。

②、高节拍率会导致中断的产生更加频繁，频繁的中断会加剧系统的负担，1000Hz和100Hz的系统节拍率相比，系统要花费10倍的“精力”去处理中断。中断服务函数占用处理器的时间增加，但是现在的处理器性能都很强大，所以采用1000Hz的系统节拍率并不会增加太大的负载压力。根据自己的实际情况，选择合适的系统节拍率，本教程我们全部采用默认的100Hz系统节拍率。

Linux内核使用全局变量jiffies来记录系统从启动以来的系统节拍数，系统启动的时候会将jiffies初始化为0，jiffies定义在文件include/linux/jiffies.h中，定义如下：

示例代码32.1.1.2 include/jiffies.h文件代码段

extern u64__jiffy_data jiffies_64;
extern unsigned long volatile __jiffy_datajiffies;

复制代码

第76行，定义了一个64位的jiffies_64。

第77行，定义了一个unsigned long类型的32位的jiffies。

jiffies_64和jiffies其实是同一个东西，jiffies_64用于64位系统，而jiffies用于32位系统。为了兼容不同的硬件，jiffies其实就是jiffies_64的低32位，jiffies_64和jiffies的结构如图 43.1.3所示：

file:///C:/Users/WCY/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.png

图 29.1.3 jiffies_64和jiffies结构图

当我们访问jiffies的时候其实访问的是jiffies_64的低32位，使用get_jiffies_64这个函数可以获取jiffies_64的值。在32位的系统上读取jiffies的值，在64位的系统上jiffes和jiffies_64表示同一个变量，因此也可以直接读取jiffies的值。所以不管是32位的系统还是64位系统，都可以使用jiffies。

前面说了HZ表示每秒的节拍数，jiffies表示系统运行的jiffies节拍数，所以jiffies/HZ就是系统运行时间，单位为秒。不管是32位还是64位的jiffies，都有溢出的风险，溢出以后会重新从0开始计数，相当于绕回来了，因此有些资料也将这个现象也叫做绕回。假如HZ为最大值1000的时候，32位的jiffies只需要49.7天就发生了绕回，对于64为的jiffies来说大概需要5.8亿年才能绕回，因此jiffies_64的绕回忽略不计。处理32位jiffies的绕回显得尤为重要，Linux内核提供了如表 43.1.1.1所示的几个API函数来处理绕回。

表 29.1.1.1 处理绕回的API函数

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。比如我们要判断某段代码执行时间有没有超时，此时就可以使用如下所示代码：

示例代码32.1.1.3 使用jiffies判断超时

unsigned longtimeout;
timeout =jiffies + (2 * HZ); /* 超时的时间点 */
/*************************************
具体的代码
************************************/
/* 判断有没有超时 */
if(time_before(jiffies, timeout)) {
/* 超时未发生 */
} else {
/* 超时发生 */
}

复制代码

timeout就是超时时间点，比如我们要判断代码执行时间是不是超过了2秒，那么超时时间点就是jiffies+(2*HZ)，如果jiffies大于timeout那就表示超时了，否则就是没有超时。第4~6行就是具体的代码段。第9行通过函数time_before来判断jiffies是否小于timeout，如果小于的话就表示没有超时。

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，如表 43.1.1.2所示：

表 29.1.1.2 jiffies和ms、us、ns之间的转换函数

1.1.2 内核定时器简介

定时器是一个很常用的功能，需要周期性处理的工作都要用到定时器。Linux内核定时器采用系统时钟来实现，用软件的方式来实现，并不是SoC提供硬件定时器。Linux内核定时器使用很简单，只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可，当超时时间到了以后设置的定时处理函数就会执行，和我们使用硬件定时器的套路一样，只是使用内核定时器不需要做一大堆的寄存器初始化工作。在使用内核定时器的时候要注意一点，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。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(省略掉条件编译)：

示例代码32.1.2.1 timer_list结构体

structtimer_list {
struct list_head entry;
unsigned longexpires; /* 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;
};

复制代码

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：

1、init_timer函数

init_timer函数负责初始化timer_list类型变量，当我们定义了一个timer_list变量以后一定要先用init_timer初始化一下。init_timer函数原型如下：

voidinit_timer(struct timer_list *timer)

函数参数和返回值含义如下：

timer：要初始化定时器。

返回值：没有返回值。

2、add_timer函数

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，函数原型如下：

voidadd_timer(struct timer_list *timer)

函数参数和返回值含义如下：

timer：要注册的定时器。

返回值：没有返回值。

3、del_timer函数

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。del_timer函数原型如下：

intdel_timer(struct timer_list * timer)

函数参数和返回值含义如下：

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。

4、del_timer_sync函数

del_timer_sync函数是del_timer函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除，del_timer_sync不能使用在中断上下文中。del_timer_sync函数原型如下所示：

intdel_timer_sync(struct timer_list *timer)

函数参数和返回值含义如下：

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。

5、mod_timer函数

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！函数原型如下：

intmod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)

函数参数和返回值含义如下：

timer：要修改超时时间(定时值)的定时器。

expires：修改后的超时时间。

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。

关于内核定时器常用的API函数就讲这些，内核定时器一般的使用流程如下所示：

示例代码32.1.2.2 内核定时器使用方法演示

struct timer_listtimer; /* 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);
}

复制代码

1.1.3 Linux内核短延时函数

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，这三个函数如表 43.1.3.1所示：

表 29.1.3.1 内核短延时函数

1.2 硬件原理图分析

本章使用通过设置一个定时器来实现周期性的闪烁LED灯，还是使用PS_LED0为例，关于PS_LED0的硬件原理图参考33.3小节即可。

1.3 实验程序编写

本实验对应的例程路径为：ZYNQ开发板光盘资料(A盘)\4_SourceCode\ZYNQ_7010\3_Embedded_Linux\Linux驱动例程\12_timer。

本章实验我们使用内核定时器周期性的点亮和熄灭开发板上的PS_LED0，LED灯的闪烁周期由内核定时器来设置，测试应用程序可以控制内核定时器周期。

1.3.1 修改设备树文件

本章实验使用到了LED灯，LED灯的设备树节点信息使用38.3.1小节创建的即可。

1.3.2 定时器驱动程序编写

在drivers目录下新建名为“12_timer”的文件夹，在12_timer目录下创建一个名为timer.c的源文件，在timer.c里面输入如下内容：

示例代码32.3.2.1 timer.c文件代码段

/***************************************************************
Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. Allrights reserved.
文件名 : timer.c
作者 : 邓涛
版本 : V1.0
描述 : linux内核定时器测试
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
***************************************************************/
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/types.h>
#define LED_CNT 1 /* 设备号个数 */
#defineLED_NAME "led" /* 名字 */
/*ioctl函数命令定义 */
#defineCMD_LED_CLOSE (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭LED */
#defineCMD_LED_OPEN (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开LED */
#defineCMD_SET_PERIOD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置LED闪烁频率 */
/*led设备结构体 */
structled_dev {
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int led_gpio; /* GPIO编号 */
int period; /* 定时周期,单位为ms */
struct timer_listtimer; /* 定义一个定时器 */
spinlock_t spinlock; /* 定义自旋锁 */
};
static structled_dev led; /*led设备 */
/*
* @description : 打开设备
* @param – inode : 传递给驱动的inode
* @param – filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return :0 成功;其他失败
*/
static intled_open(struct inode *inode, struct file*filp)
{
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param – buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param – cnt : 要读取的数据长度
* @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return :读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
staticssize_t led_read(struct file *filp, char__user *buf,
size_t cnt,loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param – filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param – buf : 要写给设备写入的数据
* @param – cnt : 要写入的数据长度
* @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return :写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
staticssize_t led_write(struct file *filp, const char__user *buf,
size_t cnt,loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return :0 成功;其他失败
*/
static intled_release(struct inode *inode, struct file*filp)
{
return 0;
}
/*
* @description : ioctl函数，
* @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param – cmd : 应用程序发送过来的命令
* @param – arg : 参数
* @return : 0 成功;其他失败
*/
static long led_unlocked_ioctl(struct file*filp, unsigned int cmd,
unsigned long arg)
{
unsigned longflags;
/* 自旋锁上锁 */
spin_lock_irqsave(&led.spinlock,flags);
switch (cmd) {
caseCMD_LED_CLOSE:
del_timer_sync(&led.timer);
gpio_set_value(led.led_gpio, 0);
break;
caseCMD_LED_OPEN:
del_timer_sync(&led.timer);
gpio_set_value(led.led_gpio, 1);
break;
caseCMD_SET_PERIOD:
led.period= arg;
mod_timer(&led.timer,jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
break;
default: break;
}
/* 自旋锁解锁 */
spin_unlock_irqrestore(&led.spinlock,flags);
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static structfile_operations led_fops = {
.owner =THIS_MODULE,
.open =led_open,
.read =led_read,
.write = led_write,
.release =led_release,
.unlocked_ioctl =led_unlocked_ioctl,
};
/* 定时器回调函数 */
static voidled_timer_function(unsigned long arg)
{
static bool on = 1;
unsigned longflags;
/* 每次都取反，实现LED灯反转 */
on = !on;
/* 自旋锁上锁 */
spin_lock_irqsave(&led.spinlock,flags);
/* 设置GPIO电平状态 */
gpio_set_value(led.led_gpio, on);
/* 重启定时器 */
mod_timer(&led.timer,jiffies + msecs_to_jiffies(led.period));
/* 自旋锁解锁 */
spin_unlock_irqrestore(&led.spinlock,flags);
}
static int__init led_init(void)
{
const char *str;
int val;
int ret;
/* 初始化自旋锁 */
spin_lock_init(&led.spinlock);
/* 1.获取led设备节点 */
led.nd =of_find_node_by_path("/led");
if(NULL == led.nd) {
printk(KERN_ERR"led: Failed to get led node\n");
return -EINVAL;
}
/* 2.读取status属性 */
ret =of_property_read_string(led.nd, "status", &str);
if(!ret) {
if (strcmp(str, "okay"))
return -EINVAL;
}
/* 3.获取compatible属性值并进行匹配 */
ret =of_property_read_string(led.nd, "compatible", &str);
if(ret) {
printk(KERN_ERR"led: Failed to get compatible property\n");
return ret;
}
if (strcmp(str, "alientek,led")) {
printk(KERN_ERR"led: Compatible match failed\n");
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO"led: device matching successful!\r\n");
/* 4.获取设备树中的led-gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号 */
led.led_gpio= of_get_named_gpio(led.nd, "led-gpio", 0);
if(!gpio_is_valid(led.led_gpio)) {
printk(KERN_ERR"led: Failed to get led-gpio\n");
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO"led: led-gpio num = %d\r\n", led.led_gpio);
/* 5.向gpio子系统申请使用GPIO*/
ret =gpio_request(led.led_gpio, "LEDGpio");
if (ret) {
printk(KERN_ERR"led: Failed to request led-gpio\n");
return ret;
}
/* 6.设置LED灯初始状态 */
ret =of_property_read_string(led.nd, "default-state", &str);
if(!ret) {
if (!strcmp(str, "on"))
val = 1;
else
val = 0;
} else
val = 0;
gpio_direction_output(led.led_gpio, val);
/* 7.注册字符设备驱动 */
/* 创建设备号 */
if (led.major) {
led.devid= MKDEV(led.major, 0);
ret =register_chrdev_region(led.devid,LED_CNT, LED_NAME);
if (ret)
goto out1;
} else {
ret =alloc_chrdev_region(&led.devid, 0,LED_CNT, LED_NAME);
if (ret)
goto out1;
led.major= MAJOR(led.devid);
led.minor= MINOR(led.devid);
}
printk(KERN_INFO"led: major=%d, minor=%d\r\n", led.major, led.minor);
/* 初始化cdev */
led.cdev.owner= THIS_MODULE;
cdev_init(&led.cdev, &led_fops);
/* 添加cdev */
ret =cdev_add(&led.cdev, led.devid,LED_CNT);
if (ret)
goto out2;
/* 创建类 */
led.class= class_create(THIS_MODULE,LED_NAME);
if (IS_ERR(led.class)) {
ret =PTR_ERR(led.class);
goto out3;
}
/* 创建设备 */
led.device= device_create(led.class, NULL,
led.devid, NULL,LED_NAME);
if (IS_ERR(led.device)) {
ret =PTR_ERR(led.device);
goto out4;
}
/* 8.初始化timer，绑定定时器处理函数，此时还未设置周期，所以不会激活定时器 */
init_timer(&led.timer);
led.timer.function= led_timer_function;
return 0;
out4:
class_destroy(led.class);
out3:
cdev_del(&led.cdev);
out2:
unregister_chrdev_region(led.devid,LED_CNT);
out1:
gpio_free(led.led_gpio);
return ret;
}
static void__exit led_exit(void)
{
/* 删除定时器 */
del_timer_sync(&led.timer);
/* 注销设备 */
device_destroy(led.class, led.devid);
/* 注销类 */
class_destroy(led.class);
/* 删除cdev */
cdev_del(&led.cdev);
/* 注销设备号 */
unregister_chrdev_region(led.devid,LED_CNT);
/* 释放GPIO */
gpio_free(led.led_gpio);
}
/* 驱动模块入口和出口函数注册 */
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_AUTHOR("DengTao<773904075@qq.com>");
MODULE_DESCRIPTION("AlientekGpio LED Driver");
MODULE_LICENSE("GPL");

复制代码

第33~45行，led设备结构体，在43行定义了一个定时器成员变量timer；在44行定义了一个自旋锁变量，用于对必要的代码段进行保护。

第106~138行，函数led_unlocked_ioctl，对应应用程序的ioctl函数，应用程序调用ioctl函数向驱动发送控制信息，此函数响应并执行。此函数有三个参数：filp，cmd和arg，其中filp是对应的设备文件，cmd是应用程序发送过来的命令信息，arg是应用程序发送过来的参数，在本章例程中arg参数表示定时周期。

本驱动成需一共定义了三种命令：CMD_LED_CLOSE、CMD_LED_OPEN和CMD_SET_PERIOD，这三个命令分别为熄灭LED灯、点亮LED灯（常亮）、LED灯闪烁。这三个命令的作用如下：

CMD_LED_CLOSE：熄灭LED灯，首先调用del_timer_sync函数关闭定时器，然后再将LED熄灭。

CMD_LED_OPEN：LED灯常亮，首先也是调用del_timer_sync函数关闭定时器，然后再将LED点亮。

CMD_SET_PERIOD：让LED灯闪烁，参数arg就是闪烁周期，单位为毫秒（ms）；从应用层传递过来的，将led的period成员变量设置为arg所表示定时周期，然后使用mod_timer打开定时器，使定时器以新的周期运行。

在led_unlocked_ioctl函数中使用了自旋锁对代码段进行保护。

第141~148行，led设备驱动操作函数集led_fops，在led的操作函数集中，led_read和led_write函数在本驱动程序中都没被用到，因为应用程序使用了ioctl函数对设备进行控制，所以驱动要定义led_unlocked_ioctl。

第151~170行，函数led_timer_function，定时器服务函数，此函有一个参数arg，在初始化定时器的时候可以设置传递给led_timer_function函数的参数，不过在本例中我们没有用到。当定时周期到了以后此函数就会被调用；第157行，每次进入定时器服务函数都会将变量取反，实现LED灯闪烁的效果。因为内核定时器不是循环的定时器，执行一次以后就结束了，因此在166行又调用了mod_timer函数重新开启定时器；同样在这个服务函数中也使用了自旋锁进行保护！

第172~298行，函数led_init，驱动入口函数。在179行初始化自旋锁；第280~281行，初始化定时器，设置定时器的定时处理函数为led_timer_function，在led_init函数中并没有调用timer_add函数来开启定时器，因此定时器默认是关闭的，除非应用程序发送打开命令。

第300~319行，驱动出口函数。第303行调用del_timer_sync函数删除定时器，也可以使用del_timer函数。

1.3.3 编写测试APP

测试APP我们要实现的内容如下：

① 运行APP以后提示我们输入LED灯控制命令，输入0表示熄灭LED、输入1表示点亮LED，输入2表示让LED灯周期性闪烁，并且此时提示再次输入闪烁周期，单位为毫秒。

② 输入3则表示退出测试APP程序。

好了搞清楚我们的逻辑、需求之后就可以开始编写测试程序了，在12_timer目录下新建名为timerApp.c的文件，然后输入如下所示内容：

示例代码32.3.3.1 timerApp.c文件代码段

/***************************************************************
文件名 : timerApp.c
作者 : 邓涛
版本 : V1.0
描述 : linux内核定时器测试程序
其他 : 无
使用方法 : ./timerApp /dev/led
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
***************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
/*ioctl命令 */
#defineCMD_LED_CLOSE (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭LED */
#defineCMD_LED_OPEN (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开LED */
#defineCMD_SET_PERIOD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置LED闪烁频率 */
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, ret;
unsigned int cmd;
unsigned intperiod;
if(2 != argc) {
printf("Usage:\n"
"\t./timerApp/dev/led @ open LED device\n"
);
return -1;
}
/* 打开设备 */
fd = open(argv[1],O_RDWR);
if(0 > fd) {
printf("ERROR:%s file open failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 通过命令控制LED设备 */
for ( ; ; ) {
printf("InputCMD:");
scanf("%d", &cmd);
switch (cmd) {
case 0:
cmd =CMD_LED_CLOSE;
break;
case 1:
cmd =CMD_LED_OPEN;
break;
case 2:
cmd =CMD_SET_PERIOD;
printf("InputTimer Period:");
scanf("%d", &period);
break;
case 3:
close(fd);
return 0;
default: break;
}
ioctl(fd, cmd,period);
}
}

复制代码

第23~25行，ioctl命令值，这个命令值跟驱动中定义的是一样的。

第54~83行，在for循环中，首先让用户输入要测试的命令，例如输入0表示关闭LED，将cmd设置为CMD_LED_CLOSE；输入1表示打开LED灯，将cmd设置为CMD_LED_OPEN；输入2表示让LED灯周期性闪烁，让后再提示用户输入闪烁周期。

上面的命令输入完成之后，第82行通过调用ioctl函数发送cmd给驱动程序，并且ioctl函数的arg参数就是用户输入的周期值（当用户输入命令为2时）。

测试完成之后用户可以输入3命令退出测试程序。

1.4 运行测试1.4.1 编译驱动程序和测试APP

1、编译驱动程序

编写Makefile文件，将第三十一章实验目录11_key下的Makefile文件拷贝到当前实验目录下，打开Makfile文件，将obj-m变量的值改为timer.o，修改完成之后Makefile内容如下所示：

示例代码32.4.1.1 Makefile文件

KERN_DIR := /home/zynq/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
obj-m :=timer.o
all:
make ARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd`modules
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd`clean

复制代码

第3行，设置obj-m变量的值为timer.o。

修改完成之后保存退出，在实验目录下输入如下命令编译出驱动模块文件：

make

编译成功以后就会生成一个名为“timer.ko”的驱动模块文件，如下所示：

图29.4.1 编译timer驱动模块

2、编译测试APP

输入如下命令编译测试timerApp.c这个测试程序：

arm-linux-gnueabihf-gcc timerApp.c -o timerApp

编译成功以后就会生成timerApp这个应用程序。

1.4.2 运行测试

将上一小节编译出来的timer.ko和timerApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.14.0-xilinx目录中，重启开发板，进入到目录/lib/modules/4.14.0-xilinx中，输入如下命令加载timer.ko驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令

modprobe timer.ko //加载驱动

驱动加载成功以后如下命令来测试：

./timerApp /dev/timer

输入上述命令以后终端提示输入命令，如所示：

图29.4.2 运行timerApp测试程序

输入“0”回车，关闭LED；输入1回车，点亮LED；输入2回车之后，又会提示用户输入一个闪烁周期值，以毫秒为单位，操作如下所示：

图29.4.3 输入相应数字执行命令

上面输入“50”，表示设置定时器周期值为50ms，设置好以后LED灯就会以50ms为间隔，开始闪烁。测试完成之后我们可以输入3退出测试APP。这里需要注意的是，我们的测试程序代码中并没有对输入的内容做检测，所以如果输入了其它的字符可能会导致奇怪的现象！当然大家可以对测试程序代码进行完善。

通过下面的命令卸载驱动模块：

rmmod timer.ko

时文杰 · 发表于 2021-3-29 17:32:11

写的很全面很好！

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[XILINX] 【正点原子FPGA连载】第二十九章 Linux内核定时器实验--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之Linux开发指南_V1.3

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