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1、操作系统实验日志学号20160810520姓名甘昆禄专业年级班级智能1601实验日期2018.12.12实验项目第12天：定时器(1)一、实验主要内容1、使用定时器和计量时间终于要定时器了，定时器还是挺有用的，是计算机不可缺少的，特别是和中断联系起来。计时器用在很多程序中，就从功能上来说，就好像微波炉一样，你设定一个时间，然后从 现在开始计时，到那个时间的时候提醒你。可以用在过一定时间要完成某种动作或任务的事， 可以实现鼠标的光标闪烁、多任务等等。多任务的原理就是把时间分成一个个小小的时间片， 这个时间片就由定时器给出。定时器的原理：每隔一段时间往 CPU发送中断信号，因此CPU才不用自己去计
2、量时间。要用定时器，我们只要设定 PIT就好了。因为PIT连着IRQ,设定了 PIT就可以设定IRQ0 (也就是定时器对应的中断号)的中断间隔。和前面一样，PIT这样设定： AL=Ox34:OUT(Ox43)AL); 八1=中断周期的低8位;OUT(0x40,AL); AL=中断周期的高8位;OUT(0x40,AL);那么这里我们中断的频率是由时钟周期和设定的数值决定的，频率 =主频/设定的数值，如 果设定数值为11932,那么就可以得到100Hz的中断频率，也就是一秒中断 100次。11932的16进制就是0x2e9c所以我们把高低位依次用out发送到对应端口，如下：define PIT_C
3、TRL 0x0C43 #define PIT_CNTO 0x0040void(voidj( iOOuta(PIT_CTRL, 0x34 : iQ_out8(FIT_CNT0. 0x9c); logouts (PIT_CmO, 0x2e); return； 1这样中断就弄好了，那么定时中断后做什么呢，我们就编写定时中断的函数，这里要用到 汇编：_asm_inthandler20: PUSH ES PUSH DS PUSHAD MOVEAX,ESPPUSH EAX MOVAX,SSMOVDS,AXMOVES,AXCALL _inthandler20 POP EAX POPAD POP DS POP
4、 ES IRETD再然后就在dsctbl.c中注册这一中断函数： void init_gdtidt(void)(中略) /* IDT 设置*/set_gatedesc(idt + 0x20, (int) asm_inthandler20, 2 * 8, AR_INTGATE32);set_gatedesc(idt + 0x21, (int) asm_inthandler21,2 * 8, AR_INTGATE32);set_gatedesc(idt + 0x27, (int) asm_inthandler27, 2 * 8, AR_INTGATE32); set_gatedesc(idt +
5、0x2c, (int) asm_inthandler2c, 2 * 8, AR_INTGATE32);return;)这里我们让程序什么都不做，只是通知 PIC中断接收完了。之后我们想要做什么，在函数 里添加就好了。这里我们试试让定时器中断计数。我们定义一个变量count,然后一次中断加一，最后显示在我们之前准备好的窗口。这个 count应该算作我们一个定时器的成员，所以我 们把它放进结构体中，便于管理。然后在中断函数中让它加一，功能就做好了。bootpack.h 中：struct TIMERCTL unsigned int count;)timer.c 中：void inthandler20
6、(int *esp)io_out8(PIC0_OCW2, 0x60); /* 把 IRQ-00信号接收完了的信息通知给 PIC */ timerctl.count+;)2、超时功能超时，这个名字为什么这样起？就是说定时超过了限定的时间，就去做一件事情。很重要 的一个功能，定时器很多都这么用吧。这时我们就要完善定时器管理结构体。struct TIMERCTL unsigned int count;unsigned int tineout；struct FIF08 unsigned char data;);这里timeout就是我们限定的时间，时问到我们就往FIFO里发送数据。前面我们知道，FIF
7、O有数据就可以在主函数里做我们想做的一些事情了，而不是放在中断函数里面做，这样是很不科学的。我们在每次中断函数里将timeout减一，减到0就往FIFO传信息，主函数就会有相 应的动作。void settlmer (unsigned int timeout, struct FIFO8 *fifo, uwigned ctiw data) (int eflags;flaga = io_loadof lags();io_cli.()；匕imereti.timeout m timeout;timerctl4fifo = fifo;timereti.data data；io_store_eflag3 J
8、oflags)f return;)这里我们在处理IRQ0的，要是又有其他中断进来就麻烦了，就先保存原来中断的状态，再禁 止中断我们想要10秒让主函数做一次动作，那么就要设置timeout为1000,这样1000/100=10秒，10FIFO就接收到信息，显示10secoelse if (fifo8 status!=)(i = fifo8_get (fitimerfifo); /* i：(力弓 4二寸石 Az 冷 IC) */io_sti ();putfonts8_a3c (buyback, binfo-scrnxf 色，C0L8_FFFFFFJ *10 I jec ; sheet refres
9、h(sht back, . t 三那么我们很多程序当然不满足于使用一个定时器的，我们需要使用多个。这样，我们就多定义一个定时器结构体，将定时器的成员放在里面。原来的定时器管理结构体就管理这些定时器结构体，跟前面图层很类似。struct TIMER unsigned int timeout, flags;/* 标志计时器的状态 */struct FIFO8 *fifo;unsigned char data;struct TIMERCTL unsigned int count, next, using;struct TIMER timers0MAX_TIMER;MAX_TIMER是500,就是最多
10、我们可以使用500个定时器，定500个不同时间，当然不同定 时器定相同时间也可以。这样我们每个定时器都有自己的限定时间 timeout 了，到达对应的时 问，对应定时器的FIFO就会接受到消息，程序就会去处理该定时器到时要做的事情。void inthandler20(int *esp)int i;io outa (PICO_OCW2r ; i* IRQ-00J*/timereti * count+;3 for (i = 0; i MAX TIMER； 1.+)(二if (timerctl.timerij - flags = TIMER_FLAGS_USING) time ret 1. t im
11、er i . timeout-；if (timereti.timeril.timeout = ) tinerctl.timeri.flags = TIMERFLAGS ALLOC;f ifot put (timerct.L timer i i fif o, timerctl i timer i .data); ). )return;主函数那里，我们就用像鼠标、键盘一样判断FIFO的方式去更改我们定时器要完成的事就好了。3、加快中断处理定时器的中断处理程序要保证高效率，需要进行一些优化，这里就是介绍优化的方法。1、前面的方法是我们设置好了 timeout,每一次中断，我们都要对每个定时器的tim
12、eout进行修改，修改timeout要对内存进行读写，我们知道这比寄存器的速度慢得多。所以我们改变策略，timeout不变，让我们的count+加好了，count加到和timeout 一样的 时间，不就表示定到时了吗，就这么做。?_ id Inthandler20 (ii,L *eap)int i;iO OUtQ (PIC0 QCW2, LM ) ；/* IRQ 00受付完了有 P工Ct二通如 */timerctlcount+;q for (1 = ; i MAX TIMER; i+) 3if (tirnerctl .timer j ,flags = T-MF：R_FLAGS_USTNG) J
13、if (timereti.timeri- timeout = timerctl-count) (timerctl.timeri.flags = TIMER FLAGS _ALLOC;f i fo put (t imereti +1i . f i f q , imereti . tzmer i . data);return;2、对于一个操作系统来说，会有多个定时器，假设该操作系统维护了500个定时器，当每一次定时中断发生时(这里我们设定1秒发生100次中断)，调用中断处理程序，中断处理程序会对这500个定时器进行if判断，看哪些正在被使用，这样1秒内，就会 有500X100=10000次if判断
14、，而中断处理程序最讲究节省时间。实际上，我们不必每 发生一次定时中断就去对这 500个定时器进行判断。因为假设我们使用了500个定时器中的10个，而10个定时器中最小的超时时间是10s,即10s后才触发第一个定时器， 而在这10s内，会进行10000X10=10万次无用的if判断，如果能省去这10万次if判断 会是对性能的一次了不起的提升。这里采取的优化策略是：我们维护一个next链，即10个正在被使用的定时器按照超时时间由小到大形成next链，一开始next表示最小的超时时间(本例中为10s),这样每一次调用中断处理程序，先将当前时间count和next进行比较，如果count timerctl.count) return; / the next time has not arrived, so finish
