摘要：本文帶領你們一塊兒剖析了鴻蒙輕內核的時間管理模塊的源代碼。時間管理模塊爲任務調度提供必要的時鐘節拍，會嚮應用程序提供全部和時間有關的服務，如時間轉換、統計、延遲功能。git
本文分享自華爲雲社區《鴻蒙輕內核M核源碼分析系列六 時間管理》，原文做者：zhushy 。函數
本文會繼續分析Tick和時間相關的源碼，給讀者介紹鴻蒙輕內核的時間管理模塊。本文中所涉及的源碼，以OpenHarmony LiteOS-M內核爲例，都可以在開源站點https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m 獲取。源碼分析
時間管理模塊以系統時鐘爲基礎，能夠分爲2部分，一部分是SysTick中斷，爲任務調度提供必要的時鐘節拍；另一部分是，給應用程序提供全部和時間有關的服務，如時間轉換、統計功能。學習
系統時鐘是由定時器/計數器產生的輸出脈衝觸發中斷產生的，通常定義爲整數或長整數。輸出脈衝的週期叫作一個「時鐘滴答」，也稱爲時標或者Tick。Tick是操做系統的基本時間單位，由用戶配置的每秒Tick數決定。若是用戶配置每秒的Tick數目爲1000，則1個Tick等於1ms的時長。另一個計時單位是Cycle，這是系統最小的計時單位。Cycle的時長由系統主時鐘頻率決定，系統主時鐘頻率就是每秒鐘的Cycle數，對於216 MHz的CPU，1秒產生216000000個cycles。ui
用戶以秒、毫秒爲單位計時，而操做系統以Tick爲單位計時，當用戶須要對系統進行操做時，例如任務掛起、延時等，此時能夠使用時間管理模塊對Tick和秒/毫秒進行轉換。url
下面，咱們剖析下時間管理模塊的源代碼，若涉及開發板部分，以開發板工程targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\爲例進行源碼分析。spa
1、時間管理初始化和啓動
咱們先看下時間管理模塊的相關配置，而後再剖析如何初始化，如何啓動。操作系統
1.1 時間管理相關的配置
時間管理模塊涉及3個配置項，系統時鐘OS_SYS_CLOCK、每秒Tick數目LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND兩個配置選項，還有宏LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME。LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME默認關閉，開啓時，須要提供定製函數VOID platform_tick_handler(VOID)，在Tick中斷處理函數中執行定製操做。這些配置項在模板開發板工程目錄的文件target_config.h中定義，如文件targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\target_config.h中定義以下:.net
#define OS_SYS_CLOCK 96000000 #define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND (1000UL) #define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME 0
1.2 時間管理初始化和啓動
函數INT32 main(VOID)會調用kernel\src\los_init.c中的函數UINT32 LOS_Start(VOID)啓動系統，該函數會調用啓動調度函數UINT32 HalStartSchedule(OS_TICK_HANDLER handler)。源碼以下：指針
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_Start(VOID)
{
return HalStartSchedule(OsTickHandler);
}
函數UINT32 HalTickStart(OS_TICK_HANDLER *handler)定義在kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_context.c，源碼以下。其中函數參數爲Tick中斷處理函數OsTickHandler()，後文會分析該tick中斷處理函數。⑴處代碼繼續調用函數進一步調用函數HalTickStart(handler)來設置Tick中斷啓動。⑵處會調用匯編函數HalStartToRun開始運行系統，後續任務調度系列再詳細分析該彙編函數。
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 HalStartSchedule(OS_TICK_HANDLER handler)
{
UINT32 ret;
⑴ ret = HalTickStart(handler);
if (ret != LOS_OK) {
return ret;
}
⑵ HalStartToRun();
return LOS_OK; /* never return */
}
函數HalTickStart(handler)定義在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_timer.c，源碼以下，咱們分析下函數的代碼實現。⑴處校驗下時間管理模塊的配置項的合法性。在開啓宏LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT時，會使用系統定義的中斷。會執行⑵處的代碼，調用定義在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_interrupt.c中的函數OsSetVector()設置中斷向量，該函數在中斷系列會詳細分析。⑶處設置全局變量g_sysClock爲系統時鐘，g_cyclesPerTick爲每tick對應的cycle數目，g_ullTickCount初始化爲0，表示系統tick中斷髮生次數。⑷處調用定義在targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\Drivers\CMSIS\Include\core_cm7.h文件中的內聯函數uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)，初始化、啓動系統定時器Systick和中斷。
WEAK UINT32 HalTickStart(OS_TICK_HANDLER *handler)
{
UINT32 ret;
⑴ if ((OS_SYS_CLOCK == 0) ||
(LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND == 0) ||
(LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND > OS_SYS_CLOCK)) {
return LOS_ERRNO_TICK_CFG_INVALID;
}
#if (LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT == 1)
#if (OS_HWI_WITH_ARG == 1)
OsSetVector(SysTick_IRQn, (HWI_PROC_FUNC)handler, NULL);
#else
⑵ OsSetVector(SysTick_IRQn, (HWI_PROC_FUNC)handler);
#endif
#endif
⑶ g_sysClock = OS_SYS_CLOCK;
g_cyclesPerTick = OS_SYS_CLOCK / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
g_ullTickCount = 0;
⑷ ret = SysTick_Config(g_cyclesPerTick);
if (ret == 1) {
return LOS_ERRNO_TICK_PER_SEC_TOO_SMALL;
}
return LOS_OK;
}
1.3 Tick中斷處理函數OsTickHandler()
文件kernel\src\los_tick.c定義的函數VOID OsTickHandler(VOID)，是時間管理模塊中執行最頻繁的函數，每當Tick中斷髮生時就會調用該函數。咱們分析下該函數的源碼，⑴處若是開啓宏LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME，會調用定製的tick處理函數platform_tick_handler()，默認不開啓。⑵處會更新全局變量g_ullTickCount，⑶處若是開啓宏LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE，會檢查當前運行任務的時間片，在後續任務模塊會詳細分析下函數OsTimesliceCheck()。⑷處會遍歷任務的排序鏈表，檢查是否有超時的任務。⑸處若是支持定時器特性，會檢查定時器是否超時。
源碼以下：
LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
{
#if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == 1)
⑴ platform_tick_handler();
#endif
⑵ g_ullTickCount++;
#if (LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE == 1)
⑶ OsTimesliceCheck();
#endif
⑷ OsTaskScan(); // task timeout scan
#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == 1)
⑸ (VOID)OsSwtmrScan();
#endif
}
2、LiteOS內核時間管理經常使用操做
時間管理提供下面幾種功能，時間轉換、時間統計等，這些函數定義在文件kernel\src\los_tick.c，咱們剖析下這些操做的源代碼實現。
2.1 時間轉換操做
2.1.1 毫秒轉換成Tick
函數UINT32 LOS_MS2Tick(UINT32 millisec)把輸入參數毫秒數UINT32 millisec能夠轉化爲Tick數目。代碼中OS_SYS_MS_PER_SECOND，即1秒等於1000毫秒。時間轉換也比較簡單，知道一秒多少Tick，除以OS_SYS_MS_PER_SECOND，得出1毫秒多少Tick，而後乘以millisec，計算出Tick數目的結果值並返回。
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_MS2Tick(UINT32 millisec)
{
if (millisec == OS_NULL_INT) {
return OS_NULL_INT;
}
return ((UINT64)millisec * LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND) / OS_SYS_MS_PER_SECOND;
}
2.1.2 Tick轉化爲毫秒
函數UINT32 LOS_Tick2MS(UINT32 tick)把輸入參數Tick數目轉換爲毫秒數。時間轉換也比較簡單，ticks數目除以每秒多少Tick數值LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND，計算出多少秒，而後轉換成毫秒，計算出結果值並返回。
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_Tick2MS(UINT32 ticks)
{
return ((UINT64)ticks * OS_SYS_MS_PER_SECOND) / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
}
2.1.3 Cycle數目轉化爲毫秒
介紹轉換函數以前，先看下一個CpuTick結構體，結構體比較簡單，就2個成員，分別表示一個UINT64類型數據的高、低32位數值。
typedef struct tagCpuTick {
UINT32 cntHi; /* < 一個64位數值的高32位 */
UINT32 cntLo; /* < 一個64位數值的低32位 */
} CpuTick;
繼續看轉換函數OsCpuTick2MS()，它能夠把CpuTick類型表示的cycle數目轉換爲對應的毫秒數，輸出毫秒數據的高、低32位數值。看下具體的代碼，⑴處校驗參數是否爲空指針，⑵處檢查系統時鐘是否配置。⑶處把CpuTick結構體表示的cycle數目轉化爲UINT64類型數據。⑷處進行數值計算，(DOUBLE)g_sysClock / OS_SYS_MS_PER_SECOND獲得每毫秒多少個cycle數，而後和tmpCpuTick作除法運算，獲得cycle數目對應的毫秒數目。⑸處把DOUBLE類型轉換爲UINT64類型，而後執行⑹，分別把結果數值的高、低64位賦值給*msLo、*msHi。
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsCpuTick2MS(CpuTick *cpuTick, UINT32 *msHi, UINT32 *msLo)
{
UINT64 tmpCpuTick;
DOUBLE temp;
⑴ if ((cpuTick == NULL) || (msHi == NULL) || (msLo == NULL)) {
return LOS_ERRNO_SYS_PTR_NULL;
}
⑵ if (g_sysClock == 0) {
return LOS_ERRNO_SYS_CLOCK_INVALID;
}
⑶ tmpCpuTick = ((UINT64)cpuTick->cntHi << OS_SYS_MV_32_BIT) | cpuTick->cntLo;
⑷ temp = tmpCpuTick / ((DOUBLE)g_sysClock / OS_SYS_MS_PER_SECOND);
tmpCpuTick = (UINT64)temp;
*msLo = (UINT32)tmpCpuTick;
*msHi = (UINT32)(tmpCpuTick >> OS_SYS_MV_32_BIT);
return LOS_OK;
}
2.1.4 Cycle數目轉化爲微秒
轉換函數OsCpuTick2US()，它能夠把CpuTick類型表示的cycle數目轉換爲對應的毫秒數，輸出毫秒數據的高、低32位數值。該函數和OsCpuTick2MS()相似，自行閱讀便可。
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 OsCpuTick2US(CpuTick *cpuTick, UINT32 *usHi, UINT32 *usLo)
{
UINT64 tmpCpuTick;
DOUBLE temp;
if ((cpuTick == NULL) || (usHi == NULL) || (usLo == NULL)) {
return LOS_ERRNO_SYS_PTR_NULL;
}
if (g_sysClock == 0) {
return LOS_ERRNO_SYS_CLOCK_INVALID;
}
tmpCpuTick = ((UINT64)cpuTick->cntHi << OS_SYS_MV_32_BIT) | cpuTick->cntLo;
temp = tmpCpuTick / ((DOUBLE)g_sysClock / OS_SYS_US_PER_SECOND);
tmpCpuTick = (UINT64)temp;
*usLo = (UINT32)tmpCpuTick;
*usHi = (UINT32)(tmpCpuTick >> OS_SYS_MV_32_BIT);
return LOS_OK;
}
2.2 時間統計操做
2.2.1 獲取每一個Tick等於多少Cycle數
函數UINT32 LOS_CyclePerTickGet(VOID)計算1個tick等於多少cycle。g_sysClock系統時鐘表示1秒多少cycle，LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND一秒多少tick，相除計算出1 tick多少cycle數，即g_cyclesPerTick = g_sysClock / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND。
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_CyclePerTickGet(VOID)
{
return g_cyclesPerTick;
}
2.2.2 獲取自系統啓動以來的Tick數
UINT64 LOS_TickCountGet(VOID)函數計算自系統啓動以來的Tick中斷的次數。須要注意，在關中斷的狀況下不進行計數，不能做爲準確時間使用。每次Tick中斷髮生時，在函數VOID OsTickHandler(VOID)中會更新g_ullTickCount數據。
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT64 LOS_TickCountGet(VOID)
{
return g_ullTickCount;
}
2.2.3 獲取系統時鐘
UINT32 LOS_SysClockGet(VOID)函數獲取配置的系統時鐘。
UINT32 LOS_SysClockGet(VOID)
{
return g_sysClock;
}
2.2.4 獲取系統啓動以來的Cycle數
函數VOID HalGetCpuCycle(UINT32 *cntHi, UINT32 *cntLo)定義在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_timer.c中，該函數獲取系統啓動以來的Cycle數。返回結果按高、低32位的無符號數值UINT32 *cntHi, UINT32 *cntLo分別返回。
咱們看下該函數的源碼。先關中斷，而後⑴處獲取啓動啓動以來的Tick數目。⑵處經過讀取當前值寄存器SysTick Current Value Register，獲取hwCycle。⑶處表示中斷控制和狀態寄存器Interrupt Control and State Register的第TICK_CHECK位爲1時，表示掛起systick中斷，tick沒有計數，須要加1校準。⑷處根據swTick、g_cyclesPerTick和hwCycle計算出自系統啓動以來的Cycle數。⑸處獲取Cycle數的高、低32位的無符號數值，而後開中斷、返回。
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR VOID HalGetCpuCycle(UINT32 *cntHi, UINT32 *cntLo)
{
UINT64 swTick;
UINT64 cycle;
UINT32 hwCycle;
UINTPTR intSave;
intSave = LOS_IntLock();
⑴ swTick = g_ullTickCount;
⑵ hwCycle = SysTick->VAL;
⑶ if ((SCB->ICSR & TICK_CHECK) != 0) {
hwCycle = SysTick->VAL;
swTick++;
}
⑷ cycle = (((swTick) * g_cyclesPerTick) + (g_cyclesPerTick - hwCycle));
⑸ *cntHi = cycle >> SHIFT_32_BIT;
*cntLo = cycle & CYCLE_CHECK;
LOS_IntRestore(intSave);
return;
}
小結
本文帶領你們一塊兒剖析了鴻蒙輕內核的時間管理模塊的源代碼。時間管理模塊爲任務調度提供必要的時鐘節拍，會嚮應用程序提供全部和時間有關的服務，如時間轉換、統計、延遲功能。後續也會陸續推出更多的分享文章，敬請期待，也歡迎你們分享學習、使用鴻蒙輕內核的心得，有任何問題、建議，均可以留言給咱們： https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/issues 。爲了更容易找到鴻蒙輕內核代碼倉，建議訪問 https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m ，關注Watch、點贊Star、並Fork到本身帳戶下，謝謝。