Linux驅(qū)動開發(fā)高精度定時器的精度測量評測

前言

• 今天我們來評測linux內(nèi)核的高精度定時器。順便利用通過Tektronix示波器 和 DS100 Mini 數(shù)字示波器進行交叉測試。
• 因項目需要用到精準(zhǔn)的時間周期，所以要評估它的可行性，并驗證正點原子的示波器能不能支撐嵌入式開發(fā)流程。

Linux高精度定時器說明

• 其實傳統(tǒng)的低分辨率定時器隨著技術(shù)的演進，已經(jīng)無法滿足開發(fā)需求。而且硬件的不斷發(fā)展，硬件定時器的精度也越來越高，這也給高精度定時器創(chuàng)建了有利條件。
• 低分辨率的定時大部分時間復(fù)雜度可以實現(xiàn)O(1)，當(dāng)有進位發(fā)生時，不可預(yù)測的O(N)定時器級聯(lián)遷移時間，影響定時器的精度。
• 低分率的定時器可以說在超時應(yīng)用場景上更加合適，以超時為目的，期望在超時到來之前獲得正確的結(jié)果的場景，應(yīng)用低分辨率的定時器適合不過。
• 為了滿足技術(shù)的演進及定時器的精度要求，Linux內(nèi)核為高精度定時器重新設(shè)計了一套軟件架構(gòu)，它可以為我們提供納秒級的定時器精度，以滿足我們開發(fā)需求。精度如何實測才知道。。。。

Linux高精度定時器驅(qū)動編寫

• 為了驗證高精度定時器的分辨率，我們寫一個簡單的內(nèi)核驅(qū)動（功能：在設(shè)定的周期內(nèi)反轉(zhuǎn)IO，然后通過示波器測量精度）。

• 高精度定時器使用步驟:

1. 初始化定時器工作模式：hrtimer_init(&kthread_timer, CLOCK_MONOTONIC, HRTIMER_MODE_REL);
2. 設(shè)置定時器的回調(diào)函數(shù)：kthread_timer.function = hrtimer_cb_func;
3. 啟動定時器：hrtimer_start(&kthread_timer, ktime_set(HRTIMER_TEST_CYCLE), HRTIMER_MODE_REL);
4. 在定時器回調(diào)函數(shù)中，增加定時到期時間：hrtimer_forward(timer, timer->base->get_time(), ktime_set(HRTIMER_TEST_CYCLE));

• 內(nèi)核驅(qū)動模塊代碼模塊實現(xiàn)：

#include"hrtimer_test.h"

#defineHRTIMER_TEST_PIN7

#defineHRTIMER_TEST_CYCLE0,(100000/2)

#defineDEVICE_NAME"HRTIMER_TEST"
#defineCLASS_NAME"HRTIMER_TEST"

intmajor_number;
structdevice*device;
structclass*class;
staticstructhrtimerkthread_timer;
intvalue=0;

enumhrtimer_restarthrtimer_cb_func(structhrtimer*timer){
ChipBspGpio_ExportSet(ULTRASONIC_TEST_PIN,value);
value=!value;

hrtimer_forward(timer,timer->base->get_time(),ktime_set(HRTIMER_TEST_CYCLE));
returnHRTIMER_RESTART;
}

voidkthread_hrtimer_init(void){
hrtimer_init(&kthread_timer,CLOCK_MONOTONIC,HRTIMER_MODE_REL);
kthread_timer.function=hrtimer_cb_func;
hrtimer_start(&kthread_timer,ktime_set(HRTIMER_TEST_CYCLE),HRTIMER_MODE_REL);
}

staticint__inithrtimer_test_init(void){
printk(KERN_ALERT"hrtimer_test:Init!!\n");

major_number=register_chrdev(0,DEVICE_NAME,NULL);

if(major_number0){
printk(KERN_ALERT"hrtimer_test:Registerfail!\n");
returnmajor_number;
}

printk(KERN_ALERT"Registesuccess,majornumberis%d\n",major_number);

class=class_create(THIS_MODULE,CLASS_NAME);

if(IS_ERR(class)){
unregister_chrdev(major_number,DEVICE_NAME);
returnPTR_ERR(class);
}

device=device_create(class,NULL,MKDEV(major_number,0),NULL,DEVICE_NAME);

if(IS_ERR(device)){
class_destroy(class);
unregister_chrdev(major_number,DEVICE_NAME);
returnPTR_ERR(device);
}

printk(KERN_ALERT"hrtimer_test:initsuccess!!\n");

kthread_hrtimer_init();

return0;
}

staticvoid__exithrtimer_test_exit(void){

hrtimer_cancel(&kthread_timer);

device_destroy(class,MKDEV(major_number,0));
class_unregister(class);
class_destroy(class);
unregister_chrdev(major_number,DEVICE_NAME);

printk(KERN_ALERT"hrtimer_test:exitsuccess!!\n");
}

module_init(hrtimer_test_init);
module_exit(hrtimer_test_exit);

MODULE_AUTHOR("RieChen");
MODULE_LICENSE("GPL");

• 該驅(qū)動模塊主要功能：在定時器回調(diào)函數(shù)中，周期性反轉(zhuǎn)GPIO，然后查看其定時器精度。其中宏定義（HRTIMER_TEST_CYCLE）為定時的周期。

Linux高精度定時器的評測

1. 周期1ms評測：

• 修改宏定義：HRTIMER_TEST_CYCL設(shè)置周期為1ms. 修改如下

#defineHRTIMER_TEST_CYCLE0,(1000000/2)

• 通過Tektronix示波器測量：

• 通過DS100 Mini 數(shù)字示波器測量：

• 結(jié)論：Tektronix示波器和DS100 Mini 數(shù)字示波器數(shù)據(jù)相符，波形穩(wěn)定。統(tǒng)計出的頻率與周期跟軟件設(shè)置一致

2. 周期100us評測：

• 修改宏定義：HRTIMER_TEST_CYCL設(shè)置周期為100us. 修改如下

#defineHRTIMER_TEST_CYCLE0,(100000/2)

• 通過Tektronix示波器測量：

• 通過DS100 Mini 數(shù)字示波器測量：

• 結(jié)論：Tektronix示波器和DS100 Mini 數(shù)字示波器數(shù)據(jù)相符，波形穩(wěn)定。統(tǒng)計出的頻率與周期跟軟件設(shè)置一致

3. 周期10us評測:

• 修改宏定義：HRTIMER_TEST_CYCL設(shè)置周期為10us. 修改如下

#defineHRTIMER_TEST_CYCLE0,(10000/2)

• 通過Tektronix示波器測量：

• 通過DS100 Mini 數(shù)字示波器測量：

• 結(jié)論：Tektronix示波器和DS100 Mini 數(shù)字示波器數(shù)據(jù)都無法精確測量，波形不清晰。

4. 周期1us評測:

• 修改宏定義：HRTIMER_TEST_CYCL設(shè)置周期為1us. 修改如下：

#defineHRTIMER_TEST_CYCLE0,(1000/2)

• 通過Tektronix示波器測量：

• 通過DS100 Mini 數(shù)字示波器測量：

• 結(jié)論：Tektronix示波器和DS100 Mini 數(shù)字示波器數(shù)據(jù)都無法精確測量，波形不清晰。

總結(jié)

• 高精度定時器總結(jié)

1. Linux提供的高精度定時器可以滿足我們大部分需求的，要注意的的，定時器回調(diào)函數(shù)不能做太多任務(wù)，并需要快速執(zhí)行，否則無法保證其周期性。（作者認為高精度定時器可以看作一個外部中斷的思想進行處理）
2. 通過此次評估，Linux提供的高精度定時器可以滿足我的項目需求，而且建議幾十納秒級的需求使用比較合適，如果幾納秒的需求不適合。

• 示波器總結(jié)

1. 通過評估數(shù)據(jù)上看，DS100 Mini 數(shù)字示波器可以替代一般的臺式示波器。
2. DS100 Mini 數(shù)字示波器可以在大部分場景上使用，可以滿足項目需求

審核編輯 黃昊宇