转：Linux内核中的可编程间隔定时器PIT

只看该作者 · 2011-3-31 12:49

Linux内核中的可编程间隔定时器PIT(Programmable Interval Timer)
每个PC机中都有一个PIT，通过IRQ产生周期性的时钟中断信号来充当系统定时器。i386中使用的通常是Intel 8254 PIT芯片，它的I/O端口地址范围是40h～43h。
8254 PIT有3个计时通道，每个通道都有其不同的用途：
      通道0用来负责更新系统时钟。它在每一个时钟滴答会通过IRQ0向系统发出一次时钟中断信号。
      通道1通常用于控制DMAC对RAM的刷新。
      通道2被连接到PC机的扬声器，以产生方波信号。
下面我们重点关心通道0。
每个通道都有一个递减的计数器，8254 PIT的输入时钟信号的频率是1.193181MHZ，也即一秒钟输入1193181个时钟周期。该数字在Linux内核中被定义为：
include/asm-i386/timex.h

#define CLOCK_TICK_RATE 1193180

每输入一个时钟周期其时间通道的计数器就自减1，一直减到0。因此对于通道0而言，当他的计数器减到0时，PIT就向系统产生一次时钟中断，表示一个时钟滴答已经过去了。该计数器为16bit，因此所能表示的最大值是65536，可以算出该定时器最慢一秒内能发生的滴答数是：1193181 / 65536 = 18.206482。
PIT的I/O端口：
      40h 通道0计数器可读写
      41h 通道1计数器可读写
      42h 通道2计数器可读写
      43h 控制字       只写
注意，因为PIT I/O端口是8位的，而PIT相应计数器是16位的，因此必须对PIT计数器进行两次读写才能得到完整的计数值。
8254 PIT的控制寄存器43h的格式如下：
      bit[7:6]为通道选择位：
         00 通道0
         01 通道1
         10 通道2
         11 read-back command（仅8254）。
      bit[5:4]为Read/Write/Latch锁定位：
         00 锁定当前计数器以便读取计数值
         01 只读高字节
         10 只读低字节
         11 先高后低
      bit[3:1]为设定各通道的工作模式：
         000 mode0 当通道处于count out时产生中断信号,可用于系统定时
         001 mode1 Hardware retriggerable one-shot
         010 mode2 Rate Generator。产生实时时钟中断，通道0通常工作在这个模式下
         011 mode3 方波信号发生器
         100 mode4 Software triggered strobe
         101 mode5 Hardware triggered strobe
      bit[0]总为0
我们来看看Linux2.4中是如何对PIT做初始化的：
arch/i386/kernel/i8259.c
[size=+0]
void __init init_IRQ(void)[size=+0]

{
   ...

[size=+0]
outb_p(0x34, 0x43);[size=+0]

/* binary, mode 2, LSB/MSB, ch 0 */

outb_p(LATCH &
0xff, 0x40);[size=+0]

/* LSB */

outb(LATCH >>
8, 0x40);[size=+0]

/* MSB */
   ...
}

其中的LATCH定义为： include/asm-i386/param.h
[size=+0][size=+0]
#define HZ    100

include/asm-i386/timex.h[size=+0]#define LATCH  ((CLOCK_TICK_RATE + HZ / 2) / HZ)

也即是等于常数(1193180 + 50) / 100 = 11932，加50是为了尽可能的减小误差（结果四舍五入）。这个结果即是Linux的系统嘀嗒长度(约为0.01秒)经过所需要的PIT时钟周期数。
上面的那段C基本等价于汇编(省去了延时操作)：

mov
ax,
LATCH
out
43h,
34h
out
40h,
al
out
40h,
ah

首先写控制字43h，通道选择位为00(通道0)，RWL锁定位为11(先高后低)，通道工作模式010(Rate Generator)，最后位0保留，合起来就是34h。
然后把LATCH的值分成高低两个字节依次写入通道0计数器40h，完成PIT编程。
当Linux下次打开中断的时候，系统时钟就将会按照设定的频率(约为100HZ)发出时钟中断了。

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