關於hrtimer_forward小段代碼的分析【轉】

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轉自：http://blog.csdn.net/wowuyinglingluan/article/details/45720151

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目錄(?)[-]

1. 整段代碼
2. 關於無效的forward
3. 關於定時精度問題
4. 精確調整和overrun問題
5. 存疑

 

隨著各種嵌入式裝置上採用linux，特別是Android系統的廣泛應用，linux的hrtimer高精度模式開始被廣泛支援。當然，雖說可以支援到ns精度，具體實現依賴於硬體定時器和核心編譯條件，不過，一般情況下，幾十us的定時精度都是支援的。這給編寫驅動帶來了很大的方便。 
之前有一篇非常強大的博文 Linux時間子系統之六：高精度定時器（HRTIMER）的原理和實現，已經將hrtimer的基本原理和hrtimer的應用方法做了清晰詳盡的剖析，這裡針對在應用hrtimer時，往往導致定時器沒有按照設計精度執行的問題，分析一下hrtimer_forword的內部的小段代碼。

整段代碼

817 u64 hrtimer_forward(struct hrtimer *timer, ktime_t now, ktime_t interval)818 {819         u64 orun = 1;820         ktime_t delta;821 822         delta = ktime_sub(now, hrtimer_get_expires(timer));823 824         if (delta.tv64 < 0)825                 return 0;826 827         if (interval.tv64 < timer->base->resolution.tv64)828                 interval.tv64 = timer->base->resolution.tv64;829 830         if (unlikely(delta.tv64 >= interval.tv64)) {831                 s64 incr = ktime_to_ns(interval);832 833                 orun = ktime_divns(delta, incr);834                 hrtimer_add_expires_ns(timer, incr * orun);835                 if (hrtimer_get_expires_tv64(timer) > now.tv64)836                         return orun;837                 /*838                  * This (and the ktime_add() below) is the839                  * correction for exact:840                  */841                 orun++;842         }843         hrtimer_add_expires(timer, interval);844 845         return orun;846 }

關於無效的forward

以上是3.4版本核心中的hrtimer_forward的實現，我們來分析一下這裡面的幾個關鍵環節： 
首先時給出的now，這個時間很重要，

822         delta = ktime_sub(now, hrtimer_get_expires(timer));823 824         if (delta.tv64 < 0)825                 return 0;

因為如上我們可以看到，如果目前時間比定時器到期時間要早，說明定時器上還有一個工作需要在目前時間完成，因此，不會進行任何操作。直接返回，也就是說，如果我們希望這次hrtimer_forward起作用，那麼實際上，不會起任何作用。

關於定時精度問題

接下來看看定時精度，如果我們看一下針對某一嵌入式系統的linux源碼中hrtimer的實現，我們就會看到，良好的實現均準確地設定了resolution，這個resolution是定時器能夠實現的最高精度，當然這一般不是硬體決定的（一個主頻48Mhz的MCU，其硬體定時器的定時精度都在20ns），而是嵌入式系統設計者根據系統的整體效能考慮權衡的結果。

827         if (interval.tv64 < timer->base->resolution.tv64)828                 interval.tv64 = timer->base->resolution.tv64;

因此我們看到，如果我們給出的interval如果比這個精度要高，那麼，我們只能得到最短等於該精度的定時。

精確調整和overrun問題

接下去的代碼，還有點兒讓對gcc不太瞭解的人糊塗，就是

830         if (unlikely(delta.tv64 >= interval.tv64)) {

這句話的關節在於unlikely宏，其實這是在提醒gcc編譯器，一般情況下，delta.tv64 >= interval.tv64的條件按是不成立的，這可以讓gcc編譯出更加高效的代碼。並不影響if內部的判斷，我們可以直接理解為：

if (delta.tv64 >= interval.tv64) {

而在這個條件為真的時候，會對expires作較為精密的外科手術。delta是一個由於hrtimer自身遍曆以及我們callback函數內部的業務處理，耗費了一定時間，已經超過了 interval，那麼則認為出現了overrun現象，即下一次定時已經被覆蓋掉了。這時，核心希望做一些補救工作，不過也做不了多少，就是告訴你按照你給出interval，已經逾時了幾次了，並且看看是否可以根據這個來微調後續的定時時間。這裡的代碼挺有意思，我們連起來看一下

/*這是delta怎麼來的*/822         delta = ktime_sub(now, hrtimer_get_expires(timer));831                 s64 incr = ktime_to_ns(interval);832 /*這是一個將當前的expires加上detal所能包含的interval整數倍的時間的計算833                 orun = ktime_divns(delta, incr);834                 hrtimer_add_expires_ns(timer, incr * orun);

那麼，如果hrtimer的處理，是在硬體中斷上的原子性操作，且ktime_divns只是簡單的整數除法，以下的代碼絕對不可能成立：

835                 if (hrtimer_get_expires_tv64(timer) > now.tv64)836                         return orun;

那麼，實際上，它是一個通過損失精度來完成計算的除法，如果除數大於32位，那麼除數與被除數一起損失精度到除數小於等於32位為止，以下是其函數定義：

u64 ktime_divns(const ktime_t kt, s64 div)313 {314         u64 dclc;315         int sft = 0;316 317         dclc = ktime_to_ns(kt);318         /* Make sure the divisor is less than 2^32: */319         while (div >> 32) {320                 sft++;321                 div >>= 1;322         }323         dclc >>= sft;324         do_div(dclc, (unsigned long) div);325 326         return dclc;327 }

因此，如果inteval是一個大於2^32的大數的時候，還真有可能讓條件成立滴^_^。這是傳回值和載入expires上的值都對，沒有什麼要講的了。 
如果不成立，則

841                 orun++;842         }843         hrtimer_add_expires(timer, interval);

存疑

那麼在這樣的一個狀態下，很不幸，expires被加上了（incr * orun+interval）這麼多的時間，我們可以理解為，此時，核心認為你希望得到的定時時間為interval給定定時時間的整數倍，然後你還知道有幾次overrun，這個主意不壞，但是我們帶入實際的數值，就會感覺比較好玩了。 
假設: 
delta=5ns,interval=4ns 
則: 
行833計算結果：orrun=1 
行834在原expires上加上了4ns 
那麼，由於行835此時條件不會為真那麼在： 
行841，orrun變成了2 
然後在行843，expires的值加上了4ns 
至此，expires一共加上了8ns，如果所有其他動作瞬間完成的話，將在3ns後得到下一次callback的機會。 
如果按照這樣的邏輯，我們看到返回的結果淩亂了，明明overrun了一次，結果會返回2。如果我沒有理解錯誤的話，此時的overrun不能反應實際的情況了

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