本篇说清楚时间概念
读本篇之前建议先读鸿蒙内核源码分析(总目录)其他篇.
时间概念太重要了,在鸿蒙内核又是如何管理和使用时间的呢?
时间管理以系统时钟 g_sysClock 为基础，给应用程序提供所有和时间有关的服务。
● 用户以秒、毫秒为单位计时.
● 操作系统以Tick为单位计时,这个认识很重要. 每秒的tick大小很大程度上决定了内核调度的次数多少.
● 当用户需要对系统进行操作时，例如任务挂起、延时等，此时需要时间管理模块对Tick和秒/毫秒进行转换。
熟悉两个概念:
● Cycle(周期):系统最小的计时单位。Cycle的时长由系统主时钟频率决定，系统主时钟频率就是每秒钟的Cycle数。
● Tick(节拍):Tick是操作系统的基本时间单位，由用户配置的每秒Tick数决定,可大可小.
怎么去理解他们之间的关系呢?看几个宏定义就清楚了.
时钟周期(振荡周期)
在鸿蒙g_sysClock表示时钟周期,是CPU的赫兹,也就是上面说的Cycle,这是固定不变的,由硬件晶振的频率决定的. OsMain是内核运行的第一个C函数,首个子函数就是 osRegister,完成对g_sysClock的赋值
CPU周期也叫(机器周期)
在鸿蒙宏OS_CYCLE_PER_TICK表示机器周期,Tick由用户根据实际情况配置. 例如:主频为1G的CPU,其振荡周期为: 1吉赫 (GHz 109 Hz) = 1 000 000 000 Hz 当Tick为100时,则1 000 000 000/100 = 10000000 ,即一秒内可产生1千万个CPU周期.CPU就是用这1千万个周期去执行指令的.
指令周期
指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。 对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。 对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。 通常含一个机器周期的指令称为单周期指令，包含两个机器周期的指令称为双周期指令。
Tick硬中断函数
- LITE_OS_SEC_BSS volatile UINT64 g_tickCount[LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM] = {0};//tick计数器,系统一旦启动,一直在++, 为防止溢出,这是一个 UINT64 的变量
- LITE_OS_SEC_DATA_INIT UINT32 g_sysClock;//系统时钟,是绝大部分部件工作的时钟源，也是其他所有外设的时钟的来源
- LITE_OS_SEC_DATA_INIT UINT32 g_tickPerSecond;//每秒Tick数,鸿蒙默认是每秒100次,即:10ms
- LITE_OS_SEC_BSS DOUBLE g_cycle2NsScale; //周期转纳秒级
- /* spinlock for task module */
- LITE_OS_SEC_BSS SPIN_LOCK_INIT(g_tickSpin); //节拍器自旋锁
- #define TICK_LOCK(state) LOS_SpinLockSave(&g_tickSpin, &(state))
- /*
- * Description : Tick interruption handler
- *///节拍中断处理函数 ,鸿蒙默认10ms触发一次
- LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
- {
- UINT32 intSave;
- TICK_LOCK(intSave);
- g_tickCount[ArchCurrCpuid()]++;//当前CPU核计数器
- TICK_UNLOCK(intSave);
- #ifdef LOSCFG_KERNEL_VDSO
- OsUpdateVdsoTimeval();
- #endif
- #ifdef LOSCFG_KERNEL_TICKLESS
- OsTickIrqFlagSet(OsTicklessFlagGet());
- #endif
- #if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == YES)
- HalClockIrqClear(); /* diff from every platform */
- #endif
- OsTimesliceCheck();//时间片检查
- OsTaskScan(); /* task timeout scan *///任务扫描
- #if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == YES)
- OsSwtmrScan();//定时器扫描,看是否有超时的定时器
- #endif
- }
- #ifdef __cplusplus
- #if __cplusplus
- }
解读
● g_tickCount记录每个CPU核tick的数组,每次硬中断都触发 OsTickHandler,每个CPU核单独计数.
● OsTickHandler是内核调度的动力,其中会检查任务时间片是否用完,定时器是否超时.主动delay的任务是否需要被唤醒,其本质是个硬中断,在HalClockInit硬时钟初始化时创建的,具体在硬中断篇中会详细讲解.
● TICK_LOCK是tick操作的自旋锁,宏原型LOS_SpinLockSave在自旋锁篇中已详细介绍.
功能函数
- #define OS_SYS_MS_PER_SECOND 1000 //一秒多少毫秒
- //获取自系统启动以来的Tick数
- LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT64 LOS_TickCountGet(VOID)
- {
- UINT32 intSave;
- UINT64 tick;
- /*
- * use core0's tick as system's timeline,
- * the tick needs to be atomic.
- */
- TICK_LOCK(intSave);
- tick = g_tickCount[0];//使用CPU core0作为系统的 tick数
- TICK_UNLOCK(intSave);
- return tick;
- }
- //每个Tick多少Cycle数
- LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_CyclePerTickGet(VOID)
- {
- return g_sysClock / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
- }
- //毫秒转换成Tick
- LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_MS2Tick(UINT32 millisec)
- {
- if (millisec == OS_MAX_VALUE) {
- return OS_MAX_VALUE;
- }
- return ((UINT64)millisec * LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND) / OS_SYS_MS_PER_SECOND;
- }
- //Tick转化为毫秒
- LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 LOS_Tick2MS(UINT32 tick)
- {
- return ((UINT64)tick * OS_SYS_MS_PER_SECOND) / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;
- }
说明
● 在CPU篇中讲过,0号CPU核默认为主核,默认获取自系统启动以来的Tick数使用的是g_tickCount[0]
● 因每个CPU核的tick是独立计数的,所以g_tickCount中各值是不一样的.
● 系统的Tick数在关中断的情况下不进行计数，因为OsTickHandler本质是由硬中断触发的,屏蔽硬中断的情况下就不会触发OsTickHandler,自然也就不会有g_tickCount[ArchCurrCpuid()]++的计数,所以系统Tick数不能作为准确时间使用.
● 追问下,什么情况下硬中断会被屏蔽?
编程示例
前提条件：
● 使用每秒的Tick数LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND的默认值100。
● 配好OS_SYS_CLOCK系统主时钟频率。
时间转换
- VOID Example_TransformTime(VOID)
- {
- UINT32 ms;
- UINT32 tick;
- tick = LOS_MS2Tick(10000); // 10000ms转换为tick
- dprintf("tick = %d \n",tick);
- ms = LOS_Tick2MS(100); // 100tick转换为ms
- dprintf("ms = %d \n",ms);
- }
时间转换结果
- tick = 1000
- ms = 1000
时间统计和时间延迟
- LITE_OS_SEC_TEXT UINT32 LOS_TaskDelay(UINT32 tick);
- VOID Example_GetTime(VOID)
- {
- UINT32 cyclePerTick;
- UINT64 tickCount;
- cyclePerTick = LOS_CyclePerTickGet();
- if(0 != cyclePerTick) {
- dprintf("LOS_CyclePerTickGet = %d \n", cyclePerTick);
- }
- tickCount = LOS_TickCountGet();
- if(0 != tickCount) {
- dprintf("LOS_TickCountGet = %d \n", (UINT32)tickCount);
- }
- LOS_TaskDelay(200);//延迟200个tick
- tickCount = LOS_TickCountGet();
- if(0 != tickCount) {
- dprintf("LOS_TickCountGet after delay = %d \n", (UINT32)tickCount);
- }
- }
时间统计和时间延迟结果
- LOS_CyclePerTickGet = 495000 //取决于CPU的频率
- LOS_TickCountGet = 1 //实际情况不一定是1的
- LOS_TickCountGet after delay = 201 //实际情况不一定是201,但二者的差距会是200
