30天自制操作系统（12）

DAY12_定时器（1）

1.使用定时器

介绍定时器的作用，添加定时器实现中断。

• 定时器（Timer）对于操作系统十分重要，每隔一段时间就发送一个中断信号给CPU。有了定时器，CPU就不用辛苦地计量时间。
• 没有定时器，我们就没法使用HLT指令，意味着要浪费很多电能。
• 有了定时器中断，程序只需要以自己的步调处理自己的问题就可以了。至于到底经过了多少时间，只要在中断处理程序中数一数定时器中断发生的次数就可以了。

• 要在电脑中管理定时器，只需要对PIT（Programmable Interval Timer可编程的间隔型定时器）进行设定就可以了。通过设定PIT，让定时器每隔多少秒就产生一次中断。
• 在电脑中PIT连接着IRQ（interrupt request）的0号，所以只要设定了PIT就可以设定IRQ0的中断间隔。
• 我们不清楚其中的详细原理，只知道只要执行3次OUT指令设定就完成了。将中断周期设定为11932的话，中断频率好像就是100Hz，也就是说1秒钟会发生100次中断。
• IRQ0发生时所调用的中断处理程序几乎和键盘的中断处理程序一样。

2.计量时间

==加入计时器显示时间==

• 让中断执行下面的程序

struct TIMERCTL { 
    unsigned int count; 
}; 

• 实现方法
  • 定义struct TIMERCTL结构体，在结构体内定义一个计数变量。
  • 初始化PIT时，计数变量为0，每次发生定时器中断时，计数变量就以1递增。
  • 即计数变量在HariMain中不进行加算，每1s也会增加100.

3.超时功能

==超时功能的定义，添加超时功能==

• 我们可以计量处理所花费的时间。具体做法：处理前看一下时间并把它存放到一个变量变量里，处理结束后再看一下时间，做差即可。根据这个可以编制==基准测试程序==
• 超时（timeout）：过了一段时间，定时器提示操作系统。

struct TIMERCTL { 
     unsigned int count; 
     unsigned int timeout; 
     struct FIFO8 *fifo; 
     unsigned char data; 
}; 

timeout用于记录离超时还有多长时间，当剩余时间到达0时，程序就往IFIFO缓冲区里发送数据。

4.设定多个定时器

• 在上一节做的超时功能，超时结束后如果再设定1000的话，那我们就可以让它每10秒显示一
  次，或是让它一闪一灭地显示。
• 开发操作系统时，超时功能非常方便，所以在很多地方都可以使用它。比如可以让电子时钟
  每隔1秒重新显示一次；演奏音乐时，可以用它计量音符的长短；也可以让它以0.1秒1次的频率来监视没有中断功能的装置；另外，还可以用它实现光标的闪烁功能。
  为了简单地实现这些功能，我们要准备很多能够设定超时的定时器。

5.加快中断处理（1）

• 问题：inthandler20中断花费了很长的时间
• 优化部分：现每次进行定时器中断处理的时候，都会对所有活动中的定时器进行“timerctl.timer[i].timeout—;”处理。也就是说，CPU要完成从内存中读取变量值，减去1，然后又往内存中写入的操作。
• time[i].timeout不再是“所剩时间”而是“予定时刻”，将timerctl.count和timer[i].timeout进行比较，不用再经过内存计算。
• 问题：count设定成最大值，一段时间后需要重新启动操作系统。

6.加快中断处理（2）

==优化if语句==
解决方案：添加timerctl.next，让它记住下一个时刻

7.加快中断处理（3）

• 问题：到达next时刻和没到next时刻的定时器中断，它们的处理时间差别很大。
  这样的程序结构不好。因为平常运行一直都很快的程序，会偶尔由于中断处理拖得太长，而搞得像是主程序要停了似的。