[Feature] 对 hwtimer/ktime/cputime 进行整体重构

[BernardXiong]

Describe problem solved by the proposed feature

目前 hwtimer/ktime/cputime 整体非常乱，应该从整体维度上进行重构，让它有一个更好的架构：

• 简单清晰；
• 针对MCU场景考虑，针对MPU场景考虑；
• 反映到实时场景下的要求；
• 如进行更改，应对所有涉及到的bsp进行检查并进行修改，至少保证构建无错，qemu测试通过；

对于这部分的重构，应该先给出整体设计，涉及到的文件评估，完成重构，ci涉及到的每个bsp构建，qemu测试通过。

Describe your preferred solution

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Describe possible alternatives

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[BernardXiong]

RT-Thread 时间子系统（ktime / cputime / hwtimer）分析

OS 时间子系统包含的主要部分

• 时间基准（Time Source / Clocksource）：提供连续、单调递增的计数值和频率信息，支持时间戳、运行时间统计等。
• 事件源（Clockevent / Oneshot Timer）：可编程定时事件，设定相对当前计数的到期点，到期触发中断。
• 时间换算与基准时间：把计数值换算成 ns/us/ms，并维护开机以来的单调时间（boottime）。
• 高精度定时器调度器：在事件源之上管理多路定时器（链表/红黑树），提供睡眠、周期/一次性定时 API。
• 兼容层与设备抽象：面向 BSP/驱动提供统一的注册与能力标识，面向上层提供稳定 API，减少重复移植。

现状情况

• ktime

  • 组成：boottime.c（弱符号，默认用 tick 计数换算 ns/us/s）、cputimer.c（弱符号，默认用 tick；AArch64/virt64 覆写为硬件计数器）、hrtimer.c（链表管理，spinlock 保护）。
  • 关键点：rt_ktime_hrtimer_settimeout 作为硬件回调入口，不实现时退化为软定时器；_cnt_convert 做 cputimer 周期到 hrtimer 周期的换算，防止大跨度溢出；_set_next_timeout_locked 尝试“消化”已过期并立即重新编程下一个超时。
  • 优点：有自旋锁，SMP 可用；接口风格与 rt_timer 类似，易迁移。
  • 问题：cputimer/boottime 采用 weak 函数，BSP 需重复覆写；hrtimer 仍用链表，未使用更高效数据结构；缺少统一驱动抽象，硬件适配散落在 BSP。

• cputime

  • 组成：rt_clock_cputime_ops（getres/gettime/settimeout），clock_cpu_* 工具 API，cputimer.c 实现一个基于 clock_cpu_settimeout 的定时器链表（带信号量 sleep），cputime_cortexm/riscv 提供 ops 示例。
  • 关键点：clock_cpu_settimeout 允许硬件 oneshot；rt_cputimer_start/stop 使用全局中断屏蔽保护链表；rt_cputime_sleep/ndelay/udelay/mdelay 提供高精度延时。
  • 优点：接口简单，早期 BSP 已广泛使用；提供延时 API 对标 udelay 类需求。
  • 问题：与 ktime 的 cputimer/hrtimer 职责重叠；链表保护用关中断，SMP 下抖动大；未与 hwtimer 设备类复用，硬件适配重复。

• hwtimer

  • 组成：设备抽象 rt_hwtimer_ops/info/device，实现文件 hwtimer.c，以及典型驱动 hwtimer-arm_arch.c。
  • 关键点：timeout_calc 根据 sec/usec 和 freq/maxcnt 计算合适的 cycles/reload，支持上下计数模式；rt_device_hwtimer_isr 维护 overflow/cycles，并通过 rx_indicate 通知上层；control 支持设频率/模式/获取 info。
  • 优点：完整的 device/ops 封装，已有 DM/OFW 集成案例；支持频率自适应选择（尽量 1MHz）。
  • 问题：未作为 ktime/cputime 的统一后端；overflow/cycles 逻辑与高精度定时需求高度重合但未复用。

总结：ktime 和 cputime 都在提供“高精度计数 + oneshot/定时”能力，但各自一套接口（weak vs ops），应该是ktime是cputime的后期期望改善版本(但改善不彻底)。hrtimer/cputimer 都是链表调度，未复用 hwtimer。

[BernardXiong]

cputime - 是一份简洁版本的cpu time功能，提供对POSIX time的支持（clock_gettime/clock_settime/clock_getres）。而其中又被塞入了一份 定时器 的实现（以链表的方式） hwtimer - 是一份提供硬件外设定时器的设备操作接口的实现； ktime - 期望是一份容纳包括 cputime / bootime，再加上 hrtimer (高分辨率定时器)的实现。但这份实现加入后，又没把之前的给移除……然后就开始堆山了。

POSIX中的clockid_t，常见的包括：（取决于实现，POSIX vs Linux 扩展）：

• CLOCK_REALTIME：可被 settimeofday 等调整的墙钟时间。
• CLOCK_MONOTONIC：单调递增，不受手动改时影响（可能受 NTP 微调）。
• CLOCK_MONOTONIC_RAW（Linux）：硬件单调计数原始值，不做 NTP 调整。
• CLOCK_BOOTTIME（Linux）：含挂起/休眠时间的单调计数。
• CLOCK_REALTIME_COARSE / CLOCK_MONOTONIC_COARSE（Linux）：低精度、低开销版本。
• CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID：当前进程占用的 CPU 时间。
• CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID：当前线程占用的 CPU 时间。
• CLOCK_TAI（Linux）：国际原子时基准，不受闰秒调整。
• 其他平台可能有：CLOCK_VIRTUAL、CLOCK_PROF（部分 Unix 旧实现），以及实现自定义的专用时钟。 Availability 需查各平台的 <time.h>/man page。

[BernardXiong]

RT-Thread 时间子系统 C-OOP 设计方案

引入统一时间设备抽象

• clock_time：作为模块目录（如 components/drivers/clock_time），聚合时间基准/事件源能力，显式表意且不与 rt_timer 冲突。
• rt_clock_time：作为对象/接口前缀，含义是“时间基准/时钟事件的统一抽象”。

struct rt_clock_time_ops
{
    rt_uint64_t (*get_freq)(void);                  /* 计数频率 Hz */
    rt_uint64_t (*get_counter)(void);               /* 自由运行计数值 */
    rt_err_t    (*set_timeout)(rt_uint64_t delta);  /* 相对当前计数的 oneshot，0 表示取消 */
};

struct rt_clock_time_device
{
    struct rt_device parent;
    const struct rt_clock_time_ops *ops;
    rt_uint64_t res_scale; /* ns * scale / freq -> cnt, 统一精度缩放 */
    rt_uint8_t  caps;      /* bit0: clocksource 可用; bit1: clockevent 可用 */
};
rt_err_t rt_clock_time_device_register(struct rt_clock_time_device *dev, const char *name, rt_uint8_t caps);

• 提供默认 rt_clock_time_default（由 BSP 绑定：可直接封装 hwtimer 的 oneshot + count_get，或架构计数器），作为系统时基。
• res_scale 固定用 RT_KTIME_RESMUL，兼容当前换算逻辑。

目录与功能覆盖情况（clock_time）

• 目录：components/drivers/clock_time，集中放置抽象、公共实现与适配器。
• 功能：统一覆盖 cputime（高精度计数与换算）、boottime（开机单调时间）、POSIX clock_gettime/clock_settime 支撑、hrtimer（红黑树优先，极简版可链表降级），并保留定时器对象/设备化接口（可由 hwtimer/DM/OFW 实例化）。
• 命名：对外暴露 rt_clock_time_* 前缀的对象/函数，避免与 rt_timer 冲突且表意清晰。

clock_time 引入后，移除 cputime, hwtimer, ktime，都统一收归到 clock_time 中。如原有API有引用，做兼容处理或代码调整。