v35.03 鸿蒙内核源码分析(时间管理) | 谁是内核基本时间单位 原创 精华
子曰：“譬如为山，未成一篑，止，吾止也；譬如平地，虽覆一篑，进，吾往也。” 《论语》：子罕篇
百篇博客系列篇.本篇为:
v35.xx 鸿蒙内核源码分析(时间管理篇) | 谁是内核基本时间单位
基础工具相关篇为:
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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.
#ifndef OS_SYS_CLOCK //HZ:是每秒中的周期性变动重复次数的计量
#define OS_SYS_CLOCK (get_bus_clk()) //系统主时钟频率 例如:50000000 即20纳秒震动一次
#endif
#ifndef LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND 100 //每秒Tick数，意味着正常情况下每秒100次检查
#endif
#define OS_CYCLE_PER_TICK (g_sysClock / LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND) //每个tick多少机器周期
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
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID osRegister(VOID)
{
g_sysClock = OS_SYS_CLOCK; //获取CPU HZ
g_tickPerSecond = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;//每秒节拍数 默认100 即一个tick = 10ms
return;
}
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 ，即一个tick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
百万汉字注解.精读内核源码
百篇博客分析.深挖内核地基
给鸿蒙内核源码加注释过程中，整理出以下文章。内容立足源码，常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景，具有画面感，容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念，那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生，倍感亲切.确实有难度，自不量力，但已经出发，回头已是不可能的了。 :P
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