高精度定时器（hrtimer）闹钟驱动

什么是高精度定时器（hrtimer）？

高精度定时器（hrtimer）是Linux内核中提供的一种高精度计时机制，能够实现微秒级别的定时精度。与传统的定时器相比，hrtimer提供了更高的灵活性和精度，非常适合需要精确时间控制的场景。

hrtimer的基本结构

hrtimer的核心结构是struct hrtimer，它包含了定时器的状态、回调函数、过期时间等信息。以下是一个简单的hrtimer结构示例：

#include <linux/hrtimer.h>
#include <linux/ktime.h>

struct hrtimer my_timer;
enum hrtimer_restart my_callback(struct hrtimer *timer) {
    // 定时器回调函数
    printk(KERN_INFO "Timer expired!\n");
    return HRTIMER_NORESTART;
}

hrtimer的使用步骤

初始化hrtimer：使用hrtimer_init函数初始化定时器。
设置回调函数：指定定时器到期时执行的回调函数。
启动定时器：使用hrtimer_start函数启动定时器。
处理回调：在回调函数中实现定时任务。
取消定时器：必要时使用hrtimer_cancel取消定时器。

驱动代码示例

以下是一个简单的hrtimer驱动示例，用户在用户空间写入时间值后，驱动使用hrtimer实现精准的定时回调：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/hrtimer.h>
#include <linux/ktime.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>

static struct hrtimer my_timer;
static ktime_t interval;

enum hrtimer_restart timer_callback(struct hrtimer *timer) {
    printk(KERN_INFO "Alarm! Timer expired.\n");
    return HRTIMER_NORESTART;
}

static ssize_t dev_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {
    unsigned long delay_ns;
    if (kstrtoul_from_user(buf, count, 10, &delay_ns))
        return -EFAULT;

    hrtimer_cancel(&my_timer);
    interval = ktime_set(0, delay_ns);
    hrtimer_start(&my_timer, interval, HRTIMER_MODE_REL);
    printk(KERN_INFO "Timer set for %lu nanoseconds.\n", delay_ns);
    return count;
}

static struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .write = dev_write,
};

static int __init my_init(void) {
    hrtimer_init(&my_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
    my_timer.function = &timer_callback;
    // 注册设备节点等操作
    return 0;
}

static void __exit my_exit(void) {
    hrtimer_cancel(&my_timer);
    // 清理操作
}

module_init(my_init);
module_exit(my_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

hrtimer的优势

特性	描述
高精度	支持纳秒级别的定时精度。
灵活性	可以动态设置和修改定时时间。
高效性	基于红黑树实现，高效管理大量定时器。
可扩展性	支持多种时钟源，如CLOCK_MONOTONIC、CLOCK_REALTIME等。

hrtimer的工作流程

注意事项

确保在模块退出时取消所有活动的定时器。
避免在中断上下文或原子上下文中执行长时间操作。
使用合适的时钟源，如CLOCK_MONOTONIC用于相对时间，CLOCK_REALTIME用于绝对时间。
注意定时器的精度和系统负载之间的平衡。

总结

高精度定时器（hrtimer）是Linux内核中强大的定时机制，适用于需要高精度定时的场景。通过本课程，我们学习了如何编写一个使用hrtimer的驱动，实现用户空间写入时间值后的精准定时回调。掌握hrtimer的使用，将有助于开发更高效、更精确的内核模块。