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【转】vivi开发笔记（二十）：vivi延时函数实现不合理性的探讨

文章说明：calmarrow（lqm）原创

文章引自：http://piaoxiang.cublog.cn

 
    vivi实现了两个延时函数：udelay和mdelay。前者是微秒级，后者是毫秒级。对于一般应用已经可以了。但是在分析其实现过程中，发现其设计是不合理的。在探讨过程中，把中断的层次概念弄清晰了，算是额外的收获。下面展开具体分析。
 

#ifndef _VIVI_TIME_H_
#define _VIVI_TIME_H_

#include "config.h"

#ifndef __ASSEMBLY__
void init_time(void);
void mdelay(unsigned int);
void udelay(unsigned int);
#endif

#endif /* _VIVI_TIME_H_ */

 
    udelay和mdelay类似。现在以udelay为主线。首先，声明是在【include/time.h】中，如上所示。然后追踪其定义，利用source insight很容易找到。发现其核心的处理部分是在【arch/s3c2410/proc.c】中，如下：
 

static void
time_wait(unsigned int sec, int unit)
{
    unsigned long ticks, clock_tick_rate;

    /* clear interupt bit */
    SRCPND |= INT_TIMER4;
    INTPND |= INT_TIMER4;
    INTMSK &= ~INT_TIMER4;            /* enable timer 4 interrupt */

    clock_tick_rate = get_clock_tick_rate();
    if (clock_tick_rate == 0) {
        printk("Can not get a clock tick rate\n");
        return;
    }

    if (unit == 0) {
        ticks = (clock_tick_rate * (sec)) / (1000 * 1000);
    } else {
        ticks = (clock_tick_rate * (sec)) / (1000);
    }

    TCNTB4 = ticks;
    TCON = (TCON_4_UPDATE | COUNT_4_OFF);    /* load counter value */

    TCON = (COUNT_4_ON);            /* start timer */

    while (!(INTPND & INT_TIMER4)) ;
    
    TCON = (COUNT_4_OFF);            /* stop timer */

    INTMSK |= INT_TIMER4;            /* mask timer 4 interrupt */
    /* clear interupt bit */
    SRCPND |= INT_TIMER4;
    INTPND |= INT_TIMER4;
}

 
    很明显的步骤：
 
    ・开启中断标志
    ・设置初值
    ・设置模式，开启定时器
    ・查询，直到中断产生，即表示时间到
    ・关定时器，清中断信号
 
    这个函数很奇怪。虽然开启了中断，却不使用中断处理函数，而是查询的方式。知道vivi的中断向量表对IRQ的处理都是死循环，而这个延时函数却能够很好的运行。
 
    为什么？原因就在于中断的分层控制机制。
 
    中断控制可以理解为两层控制。最顶层的中断控制是cpu的中断控制，即cpsr寄存器，可以控制IRQ、FIQ中断的开启或关闭。这是最顶层的，没有比这更高的了。第二层就是SoC自己实现的中断控制器，当然可能有两级甚至多级中断控制。它实现产生中断信号，并将这个中断信号送到cpu，进行处理。所以也比较明显，如果cpsr的I位没有使能，那么第二层产生了信号，送达cpu，但是cpu是置之不理的。从硬件的角度看，中断控制的层次就理顺了。上面这个问题就比较容易理解了。
 
    通过上述分析，得知这个函数的实现是很差的，需要改写。好的方式应该是关中断，只关注定时器，实现对时间的管理，实现相应的延时处理。或者采用中断方式处理，处理部分放到中断服务程序中。不过bootloader还是不用中断方便些。
 
    记在此处，备忘。以后分析中断要基于这个层次模型来分析。另外，要把vivi延时机制改写。
 
 
补记：
 
    借鉴U-boot-1.2.0改进了vivi的延时机制。U-boot并没有采用中断的方式，而是采用查询的方法。对bootloader来说，完成的任务并不复杂，使用查询可以减少中断处理的复杂度。
 
    vivi延时机制的改进patch如下（基本采用U-boot的代码，作出了稍许的改动）：
 

[armlinux@lqm patch]$ cat vivi_timer.patch
diff -urN vivi-0.1.4.orig/arch/s3c2410/proc.c vivi/arch/s3c2410/proc.c
--- vivi-0.1.4.orig/arch/s3c2410/proc.c 2003-01-30 23:46:11.000000000 +0800
+++ vivi/arch/s3c2410/proc.c 2007-10-02 14:17:53.000000000 +0800
@@ -261,75 +261,123 @@
        return (freq / (prescale + 1) / divider);
 }
 
-static void
-time_wait(unsigned int sec, int unit)
+int timer_load_val = 0;
+static ulong timestamp;
+static ulong lastdec;
+
+static void
+init_timer4(void)
 {
- unsigned long ticks, clock_tick_rate;
+ /*
+ * use PWM Timer4 because it has no output
+ * prescaler for Timer 4 is 15.
+ *
+ * Notice: TCFG0 configured by init_time();
+ */
+ if (timer_load_val == 0) {
+ /*
+ * 10ms clock period, clock frequency is 100Hz
+ * prescaler = 15 and divider = 1/2
+ * so timer_load_val should be 15625 if PCLK is 50MHz
+ *
+ * Formula:
+ * [Timer input clock Frequency = PCLK/{prescaler value+1}/{divider value}]
+ */
+ timer_load_val = get_bus_clk(GET_PCLK)/(2 * (15 + 1) * 100);
+ printk("Timer4: 10ms and timer_load_val is %d!\n", timer_load_val);
+ }
+
+ /* load value for 10ms timeout */
+ lastdec = TCNTB4 = timer_load_val;
+ /* auto load, manual update of Timer 4 */
+ TCON = (TCON & ~0x00700000) | 0x00600000;
+ TCON = (TCON & ~0x00700000) | 0x00500000;
+ timestamp = 0;
+}
 
- /* clear interupt bit */
- SRCPND |= INT_TIMER4;
- INTPND |= INT_TIMER4;
- INTMSK &= ~INT_TIMER4; /* enable timer 4 interrupt */
+/* macro to read the 16 bit timer */
+static inline ulong READ_TIMER(void)
+{
+ return (TCNTO4 & 0xffff);
+}
 
- clock_tick_rate = get_clock_tick_rate();
- if (clock_tick_rate == 0) {
- printk("Can not get a clock tick rate\n");
- return;
- }
+/*
+ * timer without interrupts
+ */
 
- if (unit == 0) {
- ticks = (clock_tick_rate * (sec)) / (1000 * 1000);
+void reset_timer_masked(void)
+{
+ /* reset time */
+ lastdec = READ_TIMER();
+ timestamp = 0;
+}
+
+ulong get_timer_masked(void)
+{
+ ulong now = READ_TIMER();
+
+ if (lastdec >= now) {
+ /* normal mode */
+ timestamp += lastdec - now;
        } else {
- ticks = (clock_tick_rate * (sec)) / (1000);
+ /* we have an overflow ... */
+ timestamp += lastdec + timer_load_val - now;
        }
+ lastdec = now;
 
- TCNTB4 = ticks;
- TCON = (TCON_4_UPDATE | COUNT_4_OFF); /* load counter value */
+ return timestamp;
+}
 
- TCON = (COUNT_4_ON); /* start timer */
+void reset_timer(void)
+{
+ reset_timer_masked();
+}
 
- while (!(INTPND & INT_TIMER4)) ;
-
- TCON = (COUNT_4_OFF); /* stop timer */
+ulong get_timer(ulong base)
+{
+ return get_timer_masked() - base;
+}
 
- INTMSK |= INT_TIMER4; /* mask timer 4 interrupt */
- /* clear interupt bit */
- SRCPND |= INT_TIMER4;
- INTPND |= INT_TIMER4;
+void set_timer(ulong t)
+{
+ timestamp = t;
 }
 
-static void
-time_delay(unsigned int sec, int unit)
+/*
+ * type
+ * 0 -- usec
+ * 1 -- msec
+ */
+void delay(ulong time, unsigned char type)
 {
- unsigned int remain = sec;
+ ulong tmo;
+ ulong start = get_timer(0);
 
- while (remain > 0) {
- if (remain > 40) {
- sec = 40;
+ if (time >= 1000) {
+ tmo = time / 1000;
+ tmo *= (timer_load_val * 100);
+ if (!type) {
+ tmo /= 1000;
+ }
+ } else {
+ tmo = time * (timer_load_val * 100);
+ if (type) {
+ tmo /= 1000;
                } else {
- sec = remain;
+ tmo /= (1000 * 1000);
                }
- time_wait(sec, unit);
- remain -= sec;
        }
-}
-
-void
-arch_udelay(unsigned int usec)
-{
- time_delay(usec, 0);
-}
 
-void
-arch_mdelay(unsigned int msec)
-{
- time_delay(msec, 1);
+ while ((ulong)(get_timer_masked() - start) < tmo) {
+ /* NOP */;
+ }
 }
 
 void
 init_time(void)
 {
        TCFG0 = (TCFG0_DZONE(0) | TCFG0_PRE1(15) | TCFG0_PRE0(0));
+       init_timer4();
 } 

 
    现在看来，无论是bootloader还是kernel，延时是必不可少的组成部分。采取的方法无非有两种：一种是采用关闭中断、打开定时器的方法实现，软件查询，占用CPU的时间比较多，适用于事件并不复杂，并发性要求不高的地方；另一种就是采用中断实现，利用中断服务例程来处理到时操作，占用的CPU时间少。这两种方法在不同的情况下，还可以采用一些辅助机制，比如有限状态机的编程处理方法，来增强对多事件的并行处理能力。
 
    对vivi的了解逐步深入，发现vivi算是一个比较粗糙的产品，其代码的组织虽然脱胎于kernel，但是离U-boot、Linux kernel等优秀的软件来说，还差的太远。在这种情况下，要么推导重来，自己依据此框架完全实现一个bootloader，要么依据此架构，用学习的态度增加功能，尽量不变动原有的代码。第一种情况并不可取，因为可以学习U-boot，掌握精通，足以应付各种需求。第二种情况适合于学习，最终会过渡到U-boot上。其实，所有的这些学习都是基础，而对bootloader的编写和移植，要点一是对SoC的了解，对体系结构的了解，二是就是无OS的驱动程序的编写和移植。其他的就没有什么困难的了。
 
    深入的去学习bootloader，对自己各个方面都是一个巩固和提高的过程。还是那句话，现在就是打基础，打好基础！慢慢来。。。

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