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Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的時(shí)鐘中斷機(jī)制

云知道

摘要：
本文主要從內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的角度分析了Linux 2.4.0內(nèi)核的時(shí)鐘中斷、內(nèi)核對時(shí)間的表示等 。本文是為那些想要了解Linux I/O子系統(tǒng)的讀者和Linux驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)人員而寫的 。

關(guān)鍵詞：Linux、時(shí)鐘、定時(shí)器
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前言
時(shí)間在一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核中占據(jù)著重要的地位，它是驅(qū)動(dòng)一個(gè)OS內(nèi)核運(yùn)行的“起博器” 。一般說來，內(nèi)核主要需要兩種類型的時(shí)間：
1. 在內(nèi)核運(yùn)行期間持續(xù)記錄當(dāng)前的時(shí)間與日期，以便內(nèi)核對某些對象和事件作時(shí)間標(biāo)記（timestamp，也稱為“時(shí)間戳”），或供用戶通過時(shí)間syscall進(jìn)行檢索 。
2. 維持一個(gè)固定周期的定時(shí)器，以提醒內(nèi)核或用戶一段時(shí)間已經(jīng)過去了 。
PC機(jī)中的時(shí)間是有三種時(shí)鐘硬件提供的，而這些時(shí)鐘硬件又都基于固定頻率的晶體振蕩器來提供時(shí)鐘方波信號輸入 。這三種時(shí)鐘硬件是：（1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘（Real Time Clock，RTC）；（2）可編程間隔定時(shí)器（Programmable Interval Timer，PIT）；（3）時(shí)間戳計(jì)數(shù)器（Time Stamp Counter，TSC） 。
時(shí)鐘硬件
1、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC
自從IBM PC AT起，所有的PC機(jī)就都包含了一個(gè)叫做實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）的時(shí)鐘芯片，以便在PC機(jī)斷電后仍然能夠繼續(xù)保持時(shí)間 。顯然，RTC是通過主板上的電池來供電的，而不是通過PC機(jī)電源來供電的，因此當(dāng)PC機(jī)關(guān)掉電源后，RTC仍然會(huì)繼續(xù)工作 。通常，CMOS RAM和RTC被集成到一塊芯片上，因此RTC也稱作“CMOS Timer” 。最常見的RTC芯片是MC146818（Motorola）和DS12887（maxim），DS12887完全兼容于MC146818，并有一定的擴(kuò)展 。本節(jié)內(nèi)容主要基于MC146818這一標(biāo)準(zhǔn)的RTC芯片 。具體內(nèi)容可以參考MC146818的Datasheet 。
1．1 RTC寄存器
MC146818 RTC芯片一共有64個(gè)寄存器 。它們的芯片內(nèi)部地址編號為0x00～0x3F（不是I/O端口地址），這些寄存器一共可以分為三組：
【Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的時(shí)鐘中斷機(jī)制】（1）時(shí)鐘與日歷寄存器組：共有10個(gè)（0x00~0x09），表示時(shí)間、日歷的具體信息 。在PC機(jī)中，這些寄存器中的值都是以BCD格式來存儲(chǔ)的（比如23dec＝0x23BCD） 。
（2）狀態(tài)和控制寄存器組：共有4個(gè)（0x0A~0x0D），控制RTC芯片的工作方式，并表示當(dāng)前的狀態(tài) 。
（3）CMOS配置數(shù)據(jù)：通用的CMOS RAM，它們與時(shí)間無關(guān)，因此我們不關(guān)心它 。
時(shí)鐘與日歷寄存器組的詳細(xì)解釋如下：

Address Function;
00 Current second for RTC;
01 Alarm second;
02 Current minute;
03 Alarm minute;
04 Current hour;
05 Alarm hour;
06 Current day of week（01＝Sunday）;
07 Current date of month;
08 Current month;
09 Current year（final two digits，eg：93）
狀態(tài)寄存器A（地址0x0A）的格式如下：
其中：
（1）bit［7］——UIP標(biāo)志（Update in Progress），為1表示RTC正在更新日歷寄存器組中的值，此時(shí)日歷寄存器組是不可訪問的（此時(shí)訪問它們將得到一個(gè)無意義的漸變值） 。
（2）bit［6：4］——這三位是“除法器控制位”（divider-control bits），用來定義RTC的操作頻率 。各種可能的值如下：

Divider bits Time-base frequency Divider Reset Operation Mode;

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