33.1 前言
对于Linux驱动开发来说，我们不可避免会使用到延时函数，其中最为常见的延时函数有msleep、usleep（sleep这些是睡眠不占用cpu的），还有mdelay、udelay（delay是CPU忙等待，定时精准但占用cpu），上述延时函数各有优缺点。对于普通情况的延时，也就是多一秒也没大关系的用sleep类延时函数完全没问题，对于有精准延时的用delay类函数一般也没啥问题。如果涉及到硬件时序操作的，我们必定要使用精准的延时函数，如果在对应的地方使用不精准的sleep类延时函数，则会出现下面时序巨大的时序偏差。
然而，如果使用delay函数对于系统性能来说是一个硬伤害，CPU忙等待表示CPU干不了其它事情，只能瞎等。因此，为了解决这种资源浪费问题，必须用另外一个办法解决，那就是使用高精度定时器+条件等待，实现延时函数的功能。
33.2 hrtimer高精度定时器
内核从2.6.16开始加入了高精度定时器架构，高精度定时器架构具有稳定快速的查找、插入、删除定时能力及排序功能，红黑树（rbtree）来组织hrtimer，红黑树已经以库的形式存在于内核中，并被成功地使用在内存管理子系统和文件系统中，随着系统的运行，hrtimer不停地被创建和销毁，新的hrtimer按顺序被插入到红黑树中，树的最左边的节点就是最快到期的定时器，内核用一个hrtimer结构来表示一个高精度定时器。
hrtimer相关函数
| void hrtimer_init(struct hrtimer *timer, clockid_t clock_id, enum hrtimer_mode mode) |
高精度定时器初始化；timer高精度定时器数据结构；clockid定时的时间类型（如实时时间、开机时间）；mode定时器模式 |
| hrtimer_start(struct hrtimer *timer, ktime_t tim, const enum hrtimer_mode mode) |
高精度定时器启动；timer定时器结构；tim定时时间；mode定时器模式 |
| ktime_t ktime_set(const long secs, const unsigned long nsecs) |
定时器时间设定函数；secs秒；nsecs纳秒 |
| hrtimer_forward_now(struct hrtimer *timer, ktime_t interval) |
设置超时时间；interval下次超时时间 |
| int hrtimer_cancel(struct hrtimer *timer) |
关闭定时器 |
| enum hrtimer_restart (*function)(struct hrtimer *) |
定时器超时回调函数 |
33.3 Linux等待队列
在驱动开发中，有时不可避免需要进行阻塞，如当硬件数据未准备好，此时程序必须阻塞等待数据准备好才能读，否则读取到的数据内容将是无效数据。为了支持应用层这种阻塞与非阻塞的功能，驱动程序就需要提供阻塞（如等待队列，中断）和非阻塞方式（如轮询，异步通知）机制。
Linux内核中，等待队列是常用的阻塞条件出发机制，在数据或任务不能被读取或执行时，将要执行的任务放入等待队列中，当条件到达及唤醒等待队列时再执行即可。
等待队列阻塞分为ASK_UNINTERRUPTIBLE（不可打断）模式睡眠、TASK_INTERRUPTIBLE（可打断）模式睡眠，在不可打断睡眠中，就算发送kill信号程序也不会响应。
等待队列函数
| wait_queue_head_t queue； |
等待队列结构 |
| init_waitqueue_head(wait_queue_head_t* queue) |
初始化等待队列； |
| wait_event(*queue, int condition) |
不可打断等待；condition等待条件 |
| wait_event_interruptible(*queue, int condition) |
可打断等待模式； |
| wait_event_timeout(queue, condition, timeout) |
超时条件等待不可中断函数； |
| wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout) |
超时条件等待可中断函数 |
| wake_up(wait_queue_head_t *queue); |
等待唤醒queue所有进程 |
| wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue) |
等待唤醒queue所有进程 |
33.4 高精度定时器延时驱动实例
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/hrtimer.h>
#include <linux/jiffies.h>
struct _stIdelayMngr{
int nQueWaiting; /*等待队列条件*/
wait_queue_head_t iwaitQue; /*等待队列*/
struct hrtimer ihrtimer; /*高精度定时器*/
};
struct _stIdelayMngr stIdelayMngr;
//示例程序
int hrtimer_main()
{
while(1)
{
/*启动高精度定时器，结合等待队列延时1ms*/
hrtimer_start(&stIdelayMngr.ihrtimer,ktime_set(0,1000*1000),HRTIMER_MODE_REL);
wait_event(stIdelayMngr.iwaitQue,stIdelayMngr.nQueWaiting);
stIdelayMngr.nQueWaiting = 0;
/*do something you want*/
//.....
}
return 0;
}
/* 定时器回调函数 */
static enum hrtimer_restart hrtimer_hander(struct hrtimer *timer)
{
stIdelayMngr.nQueWaiting = 1;
wake_up(&stIdelayMngr.iwaitQue);
return HRTIMER_NORESTART;
}
static int __init hrtimer_demo_init(void)
{
memset(&stIdelayMngr,0,sizoef(stIdelayMngr));
/*初始化等待队列*/
stIdelayMngr.nQueWaiting = 0;
init_waitqueue_head(&stIdelayMngr.iwaitQue);
/*初始化高精度定时器*/
hrtimer_init(&stIdelayMngr.ihrtimer,CLOCK_MONOTONIC,HRTIMER_MODE_REL);
stIdelayMngr.ihrtimer.function = hrtimer_hander; /* 设置回调函数 */
hrtimer_start(&stIdelayMngr.ihrtimer,ktime_set(1,0),HRTIMER_MODE_REL); /* hrtimer启动 */
return 0;
}
static void __exit hrtimer_demo_exit(void)
{
/* hrtimer注销 */
hrtimer_cancel(&stIdelayMngr.ihrtimer);
}
module_init(hrtimer_demo_init);
module_exit(hrtimer_demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");