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在鴻蒙輕內(nèi)核源碼分析上一篇文章中，我們剖析了中斷的源碼，簡單提到了Tick中斷。本文會(huì)繼續(xù)分析Tick和時(shí)間相關(guān)的源碼，給讀者介紹鴻蒙輕內(nèi)核的時(shí)間管理模塊。本文中所涉及的源碼，以OpenHarmony LiteOS-M內(nèi)核為例，均可以在開源站點(diǎn)https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m 獲取。

時(shí)間管理模塊以系統(tǒng)時(shí)鐘為基礎(chǔ)，可以分為2部分，一部分是SysTick中斷，為任務(wù)調(diào)度提供必要的時(shí)鐘節(jié)拍；另外一部分是，給應(yīng)用程序提供所有和時(shí)間有關(guān)的服務(wù)，如時(shí)間轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)功能。

系統(tǒng)時(shí)鐘是由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的輸出脈沖觸發(fā)中斷產(chǎn)生的，一般定義為整數(shù)或長整數(shù)。輸出脈沖的周期叫做一個(gè)“時(shí)鐘滴答”，也稱為時(shí)標(biāo)或者Tick。Tick是操作系統(tǒng)的基本時(shí)間單位，由用戶配置的每秒Tick數(shù)決定。如果用戶配置每秒的Tick數(shù)目為1000，則1個(gè)Tick等于1ms的時(shí)長。另外一個(gè)計(jì)時(shí)單位是Cycle，這是系統(tǒng)最小的計(jì)時(shí)單位。Cycle的時(shí)長由系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率決定，系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率就是每秒鐘的Cycle數(shù)，對(duì)于216 MHz的CPU，1秒產(chǎn)生216000000個(gè)cycles。

用戶以秒、毫秒為單位計(jì)時(shí)，而操作系統(tǒng)以Tick為單位計(jì)時(shí)，當(dāng)用戶需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，例如任務(wù)掛起、延時(shí)等，此時(shí)可以使用時(shí)間管理模塊對(duì)Tick和秒/毫秒進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

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下面，我們剖析下時(shí)間管理模塊的源代碼，若涉及開發(fā)板部分，以開發(fā)板工程targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\為例進(jìn)行源碼分析。

1、時(shí)間管理初始化和啟動(dòng)

我們先看下時(shí)間管理模塊的相關(guān)配置，然后再剖析如何初始化，如何啟動(dòng)。

1.1 時(shí)間管理相關(guān)的配置

時(shí)間管理模塊涉及3個(gè)配置項(xiàng)，系統(tǒng)時(shí)鐘OS_SYS_CLOCK、每秒Tick數(shù)目LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND兩個(gè)配置選項(xiàng)，還有宏LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME。LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME默認(rèn)關(guān)閉，開啟時(shí)，需要提供定制函數(shù)VOID platform_tick_handler(VOID)，在Tick中斷處理函數(shù)中執(zhí)行定制操作。這些配置項(xiàng)在模板開發(fā)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中定義如下:

#define OS_SYS_CLOCK                                        96000000
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND                    (1000UL)
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME                       0

1.2 時(shí)間管理初始化和啟動(dòng)

函數(shù)INT32 main(VOID)會(huì)調(diào)用kernel\src\los_init.c中的函數(shù)UINT32 LOS_Start(VOID)啟動(dòng)系統(tǒng)，該函數(shù)會(huì)調(diào)用啟動(dòng)調(diào)度函數(shù)UINT32 HalStartSchedule(OS_TICK_HANDLER handler)。源碼如下：

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT UINT32 LOS_Start(VOID)
{return HalStartSchedule(OsTickHandler);
}

函數(shù)UINT32 HalTickStart(OS_TICK_HANDLER *handler)定義在kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_context.c，源碼如下。其中函數(shù)參數(shù)為Tick中斷處理函數(shù)OsTickHandler()，后文會(huì)分析該tick中斷處理函數(shù)。⑴處代碼繼續(xù)調(diào)用函數(shù)進(jìn)一步調(diào)用函數(shù)HalTickStart(handler)來設(shè)置Tick中斷啟動(dòng)。⑵處會(huì)調(diào)用匯編函數(shù)HalStartToRun開始運(yùn)行系統(tǒng)，后續(xù)任務(wù)調(diào)度系列再詳細(xì)分析該匯編函數(shù)。

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(shù)HalTickStart(handler)定義在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_timer.c，源碼如下，我們分析下函數(shù)的代碼實(shí)現(xiàn)。⑴處校驗(yàn)下時(shí)間管理模塊的配置項(xiàng)的合法性。在開啟宏LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT時(shí)，會(huì)使用系統(tǒng)定義的中斷。會(huì)執(zhí)行⑵處的代碼，調(diào)用定義在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_interrupt.c中的函數(shù)OsSetVector()設(shè)置中斷向量，該函數(shù)在中斷系列會(huì)詳細(xì)分析。⑶處設(shè)置全局變量g_sysClock為系統(tǒng)時(shí)鐘，g_cyclesPerTick為每tick對(duì)應(yīng)的cycle數(shù)目，g_ullTickCount初始化為0，表示系統(tǒng)tick中斷發(fā)生次數(shù)。⑷處調(diào)用定義在targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\Drivers\CMSIS\Include\core_cm7.h文件中的內(nèi)聯(lián)函數(shù)uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)，初始化、啟動(dòng)系統(tǒng)定時(shí)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
#endif⑶  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(shù)OsTickHandler()

文件kernel\src\los_tick.c定義的函數(shù)VOID OsTickHandler(VOID)，是時(shí)間管理模塊中執(zhí)行最頻繁的函數(shù)，每當(dāng)Tick中斷發(fā)生時(shí)就會(huì)調(diào)用該函數(shù)。我們分析下該函數(shù)的源碼，⑴處如果開啟宏LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME，會(huì)調(diào)用定制的tick處理函數(shù)platform_tick_handler()，默認(rèn)不開啟。⑵處會(huì)更新全局變量g_ullTickCount，⑶處如果開啟宏LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE，會(huì)檢查當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)的時(shí)間片，在后續(xù)任務(wù)模塊會(huì)詳細(xì)分析下函數(shù)OsTimesliceCheck()。⑷處會(huì)遍歷任務(wù)的排序鏈表，檢查是否有超時(shí)的任務(wù)。⑸處如果支持定時(shí)器特性，會(huì)檢查定時(shí)器是否超時(shí)。

源碼如下：

LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTickHandler(VOID)
{
#if (LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME == 1)
⑴  platform_tick_handler();
#endif⑵  g_ullTickCount++;#if (LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE == 1)
⑶  OsTimesliceCheck();
#endif⑷   OsTaskScan();  // task timeout scan#if (LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR == 1)
⑸  (VOID)OsSwtmrScan();
#endif
}

2、LiteOS內(nèi)核時(shí)間管理常用操作

時(shí)間管理提供下面幾種功能，時(shí)間轉(zhuǎn)換、時(shí)間統(tǒng)計(jì)等，這些函數(shù)定義在文件kernel\src\los_tick.c，我們剖析下這些操作的源代碼實(shí)現(xiàn)。

2.1 時(shí)間轉(zhuǎn)換操作

2.1.1 毫秒轉(zhuǎn)換成Tick

函數(shù)UINT32 LOS_MS2Tick(UINT32 millisec)把輸入?yún)?shù)毫秒數(shù)UINT32 millisec可以轉(zhuǎn)化為Tick數(shù)目。代碼中OS_SYS_MS_PER_SECOND，即1秒等于1000毫秒。時(shí)間轉(zhuǎn)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，然后乘以millisec，計(jì)算出Tick數(shù)目的結(jié)果值并返回。

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(zhuǎn)化為毫秒

函數(shù)UINT32 LOS_Tick2MS(UINT32 tick)把輸入?yún)?shù)Tick數(shù)目轉(zhuǎn)換為毫秒數(shù)。時(shí)間轉(zhuǎn)換也比較簡單，ticks數(shù)目除以每秒多少Tick數(shù)值LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND，計(jì)算出多少秒，然后轉(zhuǎn)換成毫秒，計(jì)算出結(jié)果值并返回。

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(shù)目轉(zhuǎn)化為毫秒

介紹轉(zhuǎn)換函數(shù)之前，先看下一個(gè)CpuTick結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體比較簡單，就2個(gè)成員，分別表示一個(gè)UINT64類型數(shù)據(jù)的高、低32位數(shù)值。

typedef struct tagCpuTick {UINT32 cntHi; /* < 一個(gè)64位數(shù)值的高32位 */UINT32 cntLo; /* < 一個(gè)64位數(shù)值的低32位 */
} CpuTick;

繼續(xù)看轉(zhuǎn)換函數(shù)OsCpuTick2MS()，它可以把CpuTick類型表示的cycle數(shù)目轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的毫秒數(shù)，輸出毫秒數(shù)據(jù)的高、低32位數(shù)值?？聪戮唧w的代碼，⑴處校驗(yàn)參數(shù)是否為空指針，⑵處檢查系統(tǒng)時(shí)鐘是否配置。⑶處把CpuTick結(jié)構(gòu)體表示的cycle數(shù)目轉(zhuǎn)化為UINT64類型數(shù)據(jù)。⑷處進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，(DOUBLE)g_sysClock / OS_SYS_MS_PER_SECOND得到每毫秒多少個(gè)cycle數(shù)，然后和tmpCpuTick做除法運(yùn)算，得到cycle數(shù)目對(duì)應(yīng)的毫秒數(shù)目。⑸處把DOUBLE類型轉(zhuǎn)換為UINT64類型，然后執(zhí)行⑹，分別把結(jié)果數(shù)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(shù)目轉(zhuǎn)化為微秒

轉(zhuǎn)換函數(shù)OsCpuTick2US()，它可以把CpuTick類型表示的cycle數(shù)目轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的毫秒數(shù)，輸出毫秒數(shù)據(jù)的高、低32位數(shù)值。該函數(shù)和OsCpuTick2MS()類似，自行閱讀即可。

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(shí)間統(tǒng)計(jì)操作

2.2.1 獲取每個(gè)Tick等于多少Cycle數(shù)

函數(shù)UINT32 LOS_CyclePerTickGet(VOID)計(jì)算1個(gè)tick等于多少cycle。g_sysClock系統(tǒng)時(shí)鐘表示1秒多少cycle，LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND一秒多少tick，相除計(jì)算出1 tick多少cycle數(shù)，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(tǒng)啟動(dòng)以來的Tick數(shù)

UINT64 LOS_TickCountGet(VOID)函數(shù)計(jì)算自系統(tǒng)啟動(dòng)以來的Tick中斷的次數(shù)。需要注意，在關(guān)中斷的情況下不進(jìn)行計(jì)數(shù)，不能作為準(zhǔn)確時(shí)間使用。每次Tick中斷發(fā)生時(shí)，在函數(shù)VOID OsTickHandler(VOID)中會(huì)更新g_ullTickCount數(shù)據(jù)。

LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT64 LOS_TickCountGet(VOID)
{return g_ullTickCount;
}

2.2.3 獲取系統(tǒng)時(shí)鐘

UINT32 LOS_SysClockGet(VOID)函數(shù)獲取配置的系統(tǒng)時(shí)鐘。

UINT32 LOS_SysClockGet(VOID)
{return g_sysClock;
}

2.2.4 獲取系統(tǒng)啟動(dòng)以來的Cycle數(shù)

函數(shù)VOID HalGetCpuCycle(UINT32 *cntHi, UINT32 *cntLo)定義在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_timer.c中，該函數(shù)獲取系統(tǒng)啟動(dòng)以來的Cycle數(shù)。返回結(jié)果按高、低32位的無符號(hào)數(shù)值UINT32 *cntHi, UINT32 *cntLo分別返回。

我們看下該函數(shù)的源碼。先關(guān)中斷，然后⑴處獲取啟動(dòng)啟動(dòng)以來的Tick數(shù)目。⑵處通過讀取當(dāng)前值寄存器SysTick Current Value Register，獲取hwCycle。⑶處表示中斷控制和狀態(tài)寄存器Interrupt Control and State Register的第TICK_CHECK位為1時(shí)，表示掛起systick中斷，tick沒有計(jì)數(shù)，需要加1校準(zhǔn)。⑷處根據(jù)swTick、g_cyclesPerTick和hwCycle計(jì)算出自系統(tǒng)啟動(dòng)以來的Cycle數(shù)。⑸處獲取Cycle數(shù)的高、低32位的無符號(hào)數(shù)值，然后開中斷、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(jié)

本文帶領(lǐng)大家一起剖析了鴻蒙輕內(nèi)核的時(shí)間管理模塊的源代碼。時(shí)間管理模塊為任務(wù)調(diào)度提供必要的時(shí)鐘節(jié)拍，會(huì)向應(yīng)用程序提供所有和時(shí)間有關(guān)的服務(wù)，如時(shí)間轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)、延遲功能。后續(xù)也會(huì)陸續(xù)推出更多的分享文章，敬請(qǐng)期待，也歡迎大家分享學(xué)習(xí)、使用鴻蒙輕內(nèi)核的心得，有任何問題、建議，都可以留言給我們： https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/issues 。為了更容易找到鴻蒙輕內(nèi)核代碼倉，建議訪問 https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m，關(guān)注Watch、點(diǎn)贊Star、并Fork到自己賬戶下，謝謝。

寫在最后

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