【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>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>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>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>luatos-lua.exe，在命令行中执行以下代码，并验证输出：

lua">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。