【LuatOS】修改LuatOS源码为PC模拟器添加高精度时间戳库timeplus

0x00 缘起

LuatOS以及Lua能够提供微秒或者毫秒的时间戳获取工具，但并没有提供获取纳秒的工具。通过编辑LuatOS源码以及相关BSP源码，添加能够获取纳秒的timeplus库并重新编译，以解决在64位Windows操作系统中LuatOS模拟器获取纳秒的问题，其运行效果如下所示：

getunixtime：获取秒时间戳字符串
getmillisecond：获取毫秒时间戳字符串
getmicrosecond：获取微秒时间戳字符串
getnanosecond：获取纳秒时间戳字符串

0x01 方法

参照LuatOS官方文档，对timeplus进行开发，其步骤如下：

Git拉取LuatOS和PC模拟器源代码；
新增一个通用库的实例；
注册库函数；
验证库函数；

1 Git拉取LuatOS和PC模拟器源代码

使用Git命令拉取“LuatOS”项目和“LuatOS跑在PC上”两个项目到本地同级目录下，拉取命令如下：

git clone https://gitee.com/openLuat/LuatOS.git
git clone https://gitee.com/openLuat/luatos-soc-pc.git

2 新增一个通用库的实例

进入LuatOS源码文件夹lua/src/目录下，添加名为：luat_lib_timeplus.c的文件，文件内容如下：

#include <lauxlib.h>
#include <lua.h>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>#include "luat_base.h"// 获取当前时间的 Unix 时间戳（秒）
static int l_timeplus_getunixtime(lua_State *L) {FILETIME ft;ULARGE_INTEGER ull;GetSystemTimeAsFileTime(&ft);ull.LowPart = ft.dwLowDateTime;ull.HighPart = ft.dwHighDateTime;// 将 FILETIME 转换为 Unix 时间戳（秒）time_t unixTime = (ull.QuadPart / 10000000ULL) - 11644473600ULL;lua_pushinteger(L, unixTime);return 1;
}// 获取当前时间的 Unix 时间戳（毫秒）
static int l_timeplus_getmillisecond(lua_State *L) {FILETIME ft;ULARGE_INTEGER ull;GetSystemTimeAsFileTime(&ft);ull.LowPart = ft.dwLowDateTime;ull.HighPart = ft.dwHighDateTime;// 将 FILETIME 转换为 Unix 时间戳（毫秒）uint64_t milliseconds = (ull.QuadPart / 10000ULL) - 11644473600000ULL;lua_pushinteger(L, milliseconds);return 1;
}// 获取当前时间的 Unix 时间戳（微秒）
static int l_timeplus_getmicrosecond(lua_State *L) {FILETIME ft;ULARGE_INTEGER ull;GetSystemTimeAsFileTime(&ft);ull.LowPart = ft.dwLowDateTime;ull.HighPart = ft.dwHighDateTime;// 将 FILETIME 转换为 Unix 时间戳（微秒）uint64_t microseconds = (ull.QuadPart / 10ULL) - 11644473600000000ULL;lua_pushinteger(L, microseconds);return 1;
}// 获取当前时间的 Unix 时间戳（纳秒）
static int l_timeplus_getnanosecond(lua_State *L) {FILETIME ft;ULARGE_INTEGER ull;GetSystemTimeAsFileTime(&ft);ull.LowPart = ft.dwLowDateTime;ull.HighPart = ft.dwHighDateTime;// 将 FILETIME 转换为 Unix 时间戳（纳秒）// 乘以100将100纳秒单位转换为纳秒uint64_t nanoseconds_since_epoch =(ull.QuadPart - 116444736000000000ULL) * 100ULL;lua_pushinteger(L, nanoseconds_since_epoch);return 1;
}// 库函数注册表
#include "rotable2.h"
static const rotable_Reg_t reg_timeplus[] = {{"getunixtime", ROREG_FUNC(l_timeplus_getunixtime)},{"getmillisecond", ROREG_FUNC(l_timeplus_getmillisecond)},{"getmicrosecond", ROREG_FUNC(l_timeplus_getmicrosecond)},{"getnanosecond", ROREG_FUNC(l_timeplus_getnanosecond)},{NULL, ROREG_INT(0)}};// 库的声明
LUAMOD_API int luaopen_timeplus(lua_State *L) {luat_newlib2(L, reg_timeplus);return 1;
}

3 注册库函数

修改LuatOS代码库的 luat/include/luat_libs.h, 新增一行：

// TimePlus 能够取微秒
LUAMOD_API int luaopen_timeplus(lua_State *L);

修改luatos-soc-pc代码库的port\luat_base_mini.c, 在static const luaL_Reg loadedlibs[]中 {NULL, NULL}};之上添加一行代码：

{"timeplus", luaopen_timeplus},

4 验证库函数

在luatos-soc-pc代码库中，运行文件：build_windows_64bit_msvc.bat进行编译，输出文件在build文件夹下，编译之前请确保编译工具已经配置可用。运行所编译的文件luatos-lua.exe，在命令行中执行以下代码，并验证输出：

timeplus.getunixtime()
timeplus.getmillisecond()
timeplus.getmicrosecond()
timeplus.getnanosecond()

0x02 总结

针对LuatOS Windows模拟器不能提供纳秒时间戳的工具问题，通过添加自定义库timeplus并重新编译以使得模拟器具有输出纳秒时间戳的能力。值得注意的是，当前纳秒的获取方法仅适用与Windows，对于Linux以及其他操作系统，需要修改luat_lib_timeplus.c的实现过程，以提供该功能。