clock source用于為linux內核提供一個時間基線，如果你用linux的date命令獲取當前時間，內核會讀取當前的clock source，轉換并返回合適的時間單位給用戶空間。在硬件層，它通常實現為一個由固定時鐘頻率驅動的計數器，計數器只能單調地增加，直到溢出為止。時鐘源是內核計時的基礎，系統啟動時，內核通過硬件RTC獲得當前時間，在這以后，在大多數情況下，內核通過選定的時鐘源更新實時時間信息(墻上時間)，而不再讀取RTC的時間。本節的內核代碼樹基于V3.4.10。

/*****************************************************************************************************/

聲明：本博內容均由http://blog.csdn.net/droidphone原創，轉載請注明出處，謝謝！

/*****************************************************************************************************/

1. ?struct clocksource結構

內核用一個clocksource結構對真實的時鐘源進行軟件抽象，現在我們從clock source的數據結構開始，它的定義如下：

struct?clocksource?{

/*

*?Hotpath?data,?fits?in?a?single?cache?line?when?the

*?clocksource?itself?is?cacheline?aligned.

*/

cycle_t?(*read)(struct?clocksource?*cs);

cycle_t?cycle_last;

cycle_t?mask;

u32?mult;

u32?shift;

u64?max_idle_ns;

u32?maxadj;

#ifdef?CONFIG_ARCH_CLOCKSOURCE_DATA

struct?arch_clocksource_data?archdata;

#endif

const?char?*name;

struct?list_head?list;

int?rating;

int?(*enable)(struct?clocksource?*cs);

void?(*disable)(struct?clocksource?*cs);

unsigned?long?flags;

void?(*suspend)(struct?clocksource?*cs);

void?(*resume)(struct?clocksource?*cs);

/*?private:?*/

#ifdef?CONFIG_CLOCKSOURCE_WATCHDOG

/*?Watchdog?related?data,?used?by?the?framework?*/

struct?list_head?wd_list;

cycle_t?cs_last;

cycle_t?wd_last;

#endif

}?____cacheline_aligned;

我們只關注clocksource中的幾個重要的字段。

1.1 ?rating：時鐘源的精度

同一個設備下，可以有多個時鐘源，每個時鐘源的精度由驅動它的時鐘頻率決定，比如一個由10MHz時鐘驅動的時鐘源，他的精度就是100nS。clocksource結構中有一個rating字段，代表著該時鐘源的精度范圍，它的取值范圍如下：

1--99： 不適合于用作實際的時鐘源，只用于啟動過程或用于測試；

100--199：基本可用，可用作真實的時鐘源，但不推薦；

200--299：精度較好，可用作真實的時鐘源；

300--399：很好，精確的時鐘源；

400--499：理想的時鐘源，如有可能就必須選擇它作為時鐘源；

1.2 ?read回調函數

時鐘源本身不會產生中斷，要獲得時鐘源的當前計數，只能通過主動調用它的read回調函數來獲得當前的計數值，注意這里只能獲得計數值，也就是所謂的cycle，要獲得相應的時間，必須要借助clocksource的mult和shift字段進行轉換計算。

1.3 ?mult和shift字段

因為從clocksource中讀到的值是一個cycle計數值，要轉換為時間，我們必須要知道驅動clocksource的時鐘頻率F，一個簡單的計算就可以完成：

t = cycle/F;

可是clocksource并沒有保存時鐘的頻率F，因為使用上面的公式進行計算，需要使用浮點運算，這在內核中是不允許的，因此，內核使用了另外一個變通的辦法，根據時鐘的頻率和期望的精度，事先計算出兩個輔助常數mult和shift，然后使用以下公式進行cycle和t的轉換：

t = (cycle * mult) >> shift;

只要我們保證：

F = (1 << shift) / mult;

內核內部使用64位進行該轉換計算：

static?inline?s64?clocksource_cyc2ns(cycle_t?cycles,?u32?mult,?u32?shift)

{

return?((u64)?cycles?*?mult)?>>?shift;

}

從轉換精度考慮，mult的值是越大越好，但是為了計算過程不發生溢出，mult的值又不能取得過大。為此內核假設cycle計數值被轉換后的最大時間值：10分鐘(600秒)，主要的考慮是CPU進入IDLE狀態后，時間信息不會被更新，只要在10分鐘內退出IDLE，clocksource的cycle計數值就可以被正確地轉換為相應的時間，然后系統的時間信息可以被正確地更新。當然最后的結果不一定是10分鐘，它由clocksource_max_deferment進行計算，并保存max_idle_ns字段中，tickless的代碼要考慮這個值，以防止在NO_HZ配置環境下，系統保持IDLE狀態的時間過長。在這樣，由10分鐘這個假設的時間值，我們可以推算出合適的mult和shift值。

2. ?clocksource的注冊和初始化

通常，clocksource要在初始化階段通過clocksource_register_hz函數通知內核它的工作時鐘的頻率，調用的過程如下：

由上圖可見，最終大部分工作會轉由__clocksource_register_scale完成，該函數首先完成對mult和shift值的計算，然后根據mult和shift值，最終通過clocksource_max_deferment獲得該clocksource可接受的最大IDLE時間，并記錄在clocksource的max_idle_ns字段中。clocksource_enqueue函數負責按clocksource的rating的大小，把該clocksource按順序掛在全局鏈表clocksource_list上，rating值越大，在鏈表上的位置越靠前。

每次新的clocksource注冊進來，都會觸發clocksource_select函數被調用，它按照rating值選擇最好的clocksource，并記錄在全局變量curr_clocksource中，然后通過timekeeping_notify函數通知timekeeping，當前clocksource已經變更，關于timekeeping，我將會在后續的博文中闡述。

3. ?clocksource watchdog

系統中可能同時會注冊對個clocksource，各個clocksource的精度和穩定性各不相同，為了篩選這些注冊的clocksource，內核啟用了一個定時器用于監控這些clocksource的性能，定時器的周期設為0.5秒：

#define?WATCHDOG_INTERVAL?(HZ?>>?1)

#define?WATCHDOG_THRESHOLD?(NSEC_PER_SEC?>>?4)

當有新的clocksource被注冊時，除了會掛在全局鏈表clocksource_list外，還會同時掛在一個watchdog鏈表上：watchdog_list。定時器周期性地(0.5秒)檢查watchdog_list上的clocksource，WATCHDOG_THRESHOLD的值定義為0.0625秒，如果在0.5秒內，clocksource的偏差大于這個值就表示這個clocksource是不穩定的，定時器的回調函數通過clocksource_watchdog_kthread線程標記該clocksource，并把它的rate修改為0，表示精度極差。

4. ?建立clocksource的簡要過程

在系統的啟動階段，內核注冊了一個基于jiffies的clocksource，代碼位于kernel/time/jiffies.c：

struct?clocksource?clocksource_jiffies?=?{

.name???????=?"jiffies",

.rating?????=?1,?/*?lowest?valid?rating*/

.read???????=?jiffies_read,

.mask???????=?0xffffffff,?/*32bits*/

.mult???????=?NSEC_PER_JIFFY?<

.shift??????=?JIFFIES_SHIFT,

};

......

static?int?__init?init_jiffies_clocksource(void)

{

return?clocksource_register(&clocksource_jiffies);

}

core_initcall(init_jiffies_clocksource);

它的精度只有1/HZ秒，rating值為1，如果平臺的代碼沒有提供定制的clocksource_default_clock函數，它將返回該clocksource：

struct?clocksource?*?__init?__weak?clocksource_default_clock(void)

{

return?&clocksource_jiffies;

}

然后，在初始化的后段，clocksource的代碼會把全局變量curr_clocksource設置為上述的clocksource：

static?int?__init?clocksource_done_booting(void)

{

......

curr_clocksource?=?clocksource_default_clock();

......

finished_booting?=?1;

......

clocksource_select();

......

return?0;

}

fs_initcall(clocksource_done_booting);

當然，如果平臺級的代碼在初始化時也會注冊真正的硬件clocksource，所以經過clocksource_select()函數后，curr_clocksource將會被設為最合適的clocksource。如果clocksource_select函數認為需要切換更好的時鐘源，它會通過timekeeping_notify通知timekeeping系統，使用新的clocksource進行時間計數和更新操作。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux下编写时钟代码,Linux时间子系统之一：clock source（时钟源）【转】(示例代码)...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。