http://blog.csdn.net/droidphone/article/details/8017604

早期的內核版本中，進程的調度基于一個稱之為tick的時鐘滴答，通常使用時鐘中斷來定時地產生tick信號，每次tick定時中斷都會進行進程的統計和調度，并對tick進行計數，記錄在一個jiffies變量中，定時器的設計也是基于jiffies。這時候的內核代碼中，幾乎所有關于時鐘的操作都是在machine級的代碼中實現，很多公共的代碼要在每個平臺上重復實現。隨后，隨著通用時鐘框架的引入，內核需要支持高精度的定時器，為此，通用時間框架為定時器硬件定義了一個標準的接口：clock_event_device，machine級的代碼只要按這個標準接口實現相應的硬件控制功能，剩下的與平臺無關的特性則統一由通用時間框架層來實現。

時鐘事件軟件架構

本系列文章的第一節中，我們曾經討論了時鐘源設備：clocksource，現在又來一個時鐘事件設備：clock_event_device，它們有何區別？看名字，好像都是給系統提供時鐘的設備，實際上，clocksource不能被編程，沒有產生事件的能力，它主要被用于timekeeper來實現對真實時間進行精確的統計，而clock_event_device則是可編程的，它可以工作在周期觸發或單次觸發模式，系統可以對它進行編程，以確定下一次事件觸發的時間，clock_event_device主要用于實現普通定時器和高精度定時器，同時也用于產生tick事件，供給進程調度子系統使用。時鐘事件設備與通用時間框架中的其他模塊的關系如下圖所示：

時鐘事件設備相關數據結構

struct clock_event_device

時鐘事件設備的核心數據結構是clock_event_device結構，它代表著一個時鐘硬件設備，該設備就好像是一個具有事件觸發能力（通常就是指中斷）的clocksource，它不停地計數，當計數值達到預先編程設定的數值那一刻，會引發一個時鐘事件中斷，繼而觸發該設備的事件處理回調函數，以完成對時鐘事件的處理。clock_event_device結構的定義如下：

event_handler 該字段是一個回調函數指針，通常由通用框架層設置，在時間中斷到來時，machine底層的的中斷服務程序會調用該回調，框架層利用該回調實現對時鐘事件的處理。 set_next_event 設置下一次時間觸發的時間，使用類似于clocksource的cycle計數值（離現在的cycle差值）作為參數。

set_next_ktime 設置下一次時間觸發的時間，直接使用ktime時間作為參數。

max_delta_ns 可設置的最大時間差，單位是納秒。 min_delta_ns 可設置的最小時間差，單位是納秒。 mult shift 與clocksource中的類似，只不過是用于把納秒轉換為cycle。

mode 該時鐘事件設備的工作模式，兩種主要的工作模式分別是：

set_mode 函數指針，用于設置時鐘事件設備的工作模式。 rating 表示該設備的精度等級。 list 系統中注冊的時鐘事件設備用該字段掛在全局鏈表變量clockevent_devices上。

全局變量clockevent_devices

系統中所有注冊的clock_event_device都會掛在該鏈表下面，它在kernel/time/clockevents.c中定義：

全局變量clockevents_chain

通用時間框架初始化時會注冊一個通知鏈（NOTIFIER），當系統中的時鐘時間設備的狀態發生變化時，利用該通知鏈通知系統的其它模塊。

clock_event_device的初始化和注冊

每一個machine，都要定義一個自己的machine_desc結構，該結構定義了該machine的一些最基本的特性，其中需要設定一個sys_timer結構指針，machine級的代碼負責定義sys_timer結構，sys_timer的聲明很簡單：

通常，我們至少要定義它的init字段，系統初始化階段，該init回調會被調用，該init回調函數的主要作用就是完成系統中的clocksource和clock_event_device的硬件初始化工作，以samsung的exynos4為例，在V3.4內核的代碼樹中，machine_desc的定義如下：

定義的sys_timer是exynos4_timer，它的定義和init回調定義如下：

exynos4_clockevent_init函數顯然是初始化和注冊clock_event_device的合適時機，在這里，它注冊了一個rating為250的clock_event_device，并把它指定給cpu0：

因為這個階段其它cpu核尚未開始工作，所以該clock_event_device也只是在啟動階段給系統提供服務，實際上，因為exynos4是一個smp系統，具備2-4個cpu核心，前面說過，smp系統中，通常會使用各個cpu的本地定時器來為每個cpu單獨提供時鐘事件服務，繼續翻閱代碼，在系統初始化的后段，kernel_init會被調用，它會調用smp_PRepare_cpus，其中會調用percpu_timer_setup函數，在arch/arm/kernel/smp.c中，為每個cpu定義了一個clock_event_device：

percpu_timer_setup最終會調用exynos4_local_timer_setup函數完成對本地clock_event_device的初始化工作：

由此可見，每個cpu的本地clock_event_device的rating是450，比啟動階段的250要高，顯然，之前注冊給cpu0的精度要高，系統會用本地clock_event_device替換掉原來分配給cpu0的clock_event_device，至于怎么替換？我們先停一停，到這里我們一直在討論machine級別的初始化和注冊，讓我們回過頭來，看看框架層的初始化。在繼續之前，讓我們看看整個clock_event_device的初始化的調用序列圖：

由上面的圖示可以看出，框架層的初始化步驟很簡單，又start_kernel開始，調用tick_init，它位于kernel/time/tick-common.c中，也只是簡單地調用clockevents_register_notifier，同時把類型為notifier_block的tick_notifier作為參數傳入，回看2.3節，clockevents_register_notifier注冊了一個通知鏈，這樣，當系統中的clock_event_device狀態發生變化時（新增，刪除，掛起，喚醒等等），tick_notifier中的notifier_call字段中設定的回調函數tick_notify就會被調用。接下來start_kernel調用了time_init函數，該函數通常定義在體系相關的代碼中，正如前面所討論的一樣，它主要完成machine級別對時鐘系統的初始化工作，最終通過clockevents_register_device注冊系統中的時鐘事件設備，把每個時鐘時間設備掛在clockevent_device全局鏈表上，最后通過clockevent_do_notify觸發框架層事先注冊好的通知鏈，其實就是調用了tick_notify函數，我們主要關注CLOCK_EVT_NOTIFY_ADD通知，其它通知請自行參考代碼，下面是tick_notify的簡化版本：

可見，對于新注冊的clock_event_device，會發出CLOCK_EVT_NOTIFY_ADD通知，最終會進入函數：tick_check_new_device，這個函數比對當前cpu所使用的與新注冊的clock_event_device之間的特性，如果認為新的clock_event_device更好，則會進行切換工作。下一節將會詳細的討論該函數。到這里，每個cpu已經有了自己的clock_event_device，在這以后，框架層的代碼會根據內核的配置項（CONFIG_NO_HZ、CONFIG_HIGH_RES_TIMERS），對注冊的clock_event_device進行不同的設置，從而為系統的tick和高精度定時器提供服務，這些內容我們留在本系列的后續文章進行討論。

tick_device

當內核沒有配置成支持高精度定時器時，系統的tick由tick_device產生，tick_device其實是clock_event_device的簡單封裝，它內嵌了一個clock_event_device指針和它的工作模式：

在kernel/time/tick-common.c中，定義了一個per-cpu的tick_device全局變量，tick_cpu_device：

前面曾經說過，當machine的代碼為每個cpu注冊clock_event_device時，通知回調函數tick_notify會被調用，進而進入tick_check_new_device函數，下面讓我們看看該函數如何工作，首先，該函數先判斷注冊的clock_event_device是否可用于本cpu，然后從per-cpu變量中取出本cpu的tick_device：

如果不是本地clock_event_device，會做進一步的判斷：如果不能把irq綁定到本cpu，則放棄處理，如果本cpu已經有了一個本地clock_event_device，也放棄處理：

反之，如果本cpu已經有了一個clock_event_device，則根據是否支持單觸發模式和它的rating值，決定是否替換原來舊的clock_event_device：

在這些判斷都通過之后，說明或者來cpu還沒有綁定tick_device，或者是新的更好，需要替換：

上面的tick_setup_device函數負責重新綁定當前cpu的tick_device和新注冊的clock_event_device，如果發現是當前cpu第一次注冊tick_device，就把它設置為TICKDEV_MODE_PERIODIC模式，如果是替換舊的tick_device，則根據新的tick_device的特性，設置為TICKDEV_MODE_PERIODIC或TICKDEV_MODE_ONESHOT模式。可見，在系統的啟動階段，tick_device是工作在周期觸發模式的，直到框架層在合適的時機，才會開啟單觸發模式，以便支持NO_HZ和HRTIMER。

tick事件的處理–最簡單的情況

clock_event_device最基本的應用就是實現tick_device，然后給系統定期地產生tick事件，通用時間框架對clock_event_device和tick_device的處理相當復雜，因為涉及配置項：CONFIG_NO_HZ和CONFIG_HIGH_RES_TIMERS的組合，兩個配置項就有4種組合，這四種組合的處理都有所不同，所以這里我先只討論最簡單的情況：

在這種配置模式下，我們回到上一節的tick_setup_device函數的最后：

因為啟動期間，第一個注冊的tick_device必然工作在TICKDEV_MODE_PERIODIC模式，所以tick_setup_periodic會設置clock_event_device的事件回調字段event_handler為tick_handle_periodic，工作一段時間后，就算有新的支持TICKDEV_MODE_ONESHOT模式的clock_event_device需要替換，再次進入tick_setup_device函數，tick_setup_oneshot的handler參數也是之前設置的tick_handle_periodic函數，所以我們考察tick_handle_periodic即可：

該函數首先調用tick_periodic函數，完成tick事件的所有處理，如果是周期觸發模式，處理結束，如果工作在單觸發模式，則計算并設置下一次的觸發時刻，這里用了一個循環，是為了防止當該函數被調用時，clock_event_device中的計時實際上已經經過了不止一個tick周期，這時候，tick_periodic可能被多次調用，使得jiffies和時間可以被正確地更新。tick_periodic的代碼如下：

如果當前cpu負責更新時間，則通過do_timer進行以下操作：

調用update_peocess_times，完成以下事情：