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关于软件定时器的一些讨论

2023-04-23 10:22
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简介

这里先介绍下软件定时器和硬件定时器的区别硬件定时器

CPU内部自带的定时器模块,通过初始化、配置可以实现定时,定时时间到以后就会执行相应的定时器中断处理函数。硬件定时器一般都带有其它功能,比如PWM输出、输入捕获等等功能。但是缺点是硬件定时器数量少!!

软件定时器

软件定时器允许设置一段时间,当设置的时间到达之后就执行指定的功能函数,被定时器调用的这个功能函数叫做定时器的回调函数。回调函数的两次执行间隔叫做定时器的定时周期,简而言之,当定时器的定时周期到了以后就会执行回调函数。在FreeRTOS中有专门的软件定时器功能,我们可以在MCU中简单的是实现“软件定时器”如下:


void timer_1000ms(void){  printf("timer_1000ms\r\n");}/*systick_ms在硬件定时器中每1ms加1*/int main(void){  static timer_tick = 0;  timer_tick = systick_ms;  while()  {    if((systick_ms-timer_tick)>1000)    {      timer_tick = systick_ms;      timer_1000ms();    }  }}这就是简单的软件定时器,是的,这就是特别简洁版本的软件定时器。当然它是有缺点的,比如systick_ms每1ms加1,所以软件定时器的精度是ms为单位的,并且如果while(1)中有其他代码阻塞,软件定时器也会跟着阻塞的。这个简单的软件定时器毕竟很"简陋",大家可以自行封装丰富一下,或者参考已经有的开源方案:MultiTimer,一款可无限扩展的软件定时器。MultiTimer 是一个软件定时器扩展模块,可无限扩展你所需的定时器任务,取代传统的标志位判断方式, 更优雅更便捷地管理程序的时间触发时序。开源地址:https://github.com/0x1abin/MultiTimer
MultiTimer

MultiTimer的设计比较简洁,只有2个文件,并且只有4个函数,总共82行代码,稍微花一点功夫就可以理解明白。

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移植步骤

  • 配置系统时间基准接口,安装定时器驱动






uint64_t PlatformTicksGetFunc(void){    /* Platform implementation */}MultiTimerInstall(PlatformTicksGetFunc);

  • 实例化一个定时器对象


MultiTimer timer1;

  • 设置定时时间,超时回调处理函数, 用户上下指针,启动定时器


int MultiTimerStart(&timer1, uint64_t timing, MultiTimerCallback_t callback, void* userData);

  • 在主循环调用定时器后台处理函数









int main(int argc, char *argv[]){    ...    while (1) {        ...        MultiTimerYield();    }}

具体就不做手把手教程如何移植了,在STM32F207移植好的工程开源地址:

开源地址:https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/23-Timer-MultiTimer

下面分析一下MultiTimer在移植的第一步,配置系统时间基准接口,安装定时器驱动






uint64_t PlatformTicksGetFunc(void){    /* Platform implementation */}MultiTimerInstall(PlatformTicksGetFunc);看一下MultiTimerInstall函数原型








typedef uint64_t (*PlatformTicksFunction_t)(void);static PlatformTicksFunction_t platformTicksFunction = NULL;int MultiTimerInstall(PlatformTicksFunction_t ticksFunc){    platformTicksFunction = ticksFunc;    return 0;}这其实就是函数指针实现的回调函数,具体详解看之前的文章《回调函数》,其实就是给MultiTimer提供一个计数器。除去回调函数,该开源项目还是单链表的很好的示例,学习数据结构是比较乏味的,这个开源项目是单链表很好的应用落地,不太懂的同学可以学习下。下面摘取一下部分代码链表的删除







for (; *nextTimer; nextTimer = &(*nextTimer)->next) {  if (timer == *nextTimer) {    *nextTimer = timer->next; /* remove from list */    break;  }}

插入链表













for (nextTimer = &timerList;; nextTimer = &(*nextTimer)->next) {  if (!*nextTimer) {    timer->next = NULL;    *nextTimer = timer;    break;  }  if (timer->deadline < (*nextTimer)->deadline) {    timer->next = *nextTimer;    *nextTimer = timer;    break;  }}

遍历链表















MultiTimer* entry = timerList;for (; entry; entry = entry->next) {  /* Sorted list, just process with the front part. */  if (platformTicksFunction() < entry->deadline) {    return (int)(entry->deadline - platformTicksFunction());  }  /* remove expired timer from list */  timerList = entry->next;
 /* call callback */  if (entry->callback) {    entry->callback(entry, entry->userData);  }}这篇文章不会详细讲解链表的操作,不懂的同学可以看之前文章《链表在STM32中的应用》。

当然MultiTimer也是有缺点的,比如一个定时器是1000ms,另一个定时器是500ms,调度时就会冲突,也没有定时器调度抢占,会随着其他代码的阻塞而阻塞。这种类似的问题不再详述,大家使用的时候多测测就好。


任务调度

看了上面的操作,如果我们不叫软件定时器,叫它“任务”,是不是和FreeRTOS任务类似,感觉高端一些,甚至这篇文章标题可以修改为《一篇文章教你实现操作系统》,开个欢笑,不做标题党。

有些项目实时性要求高,需要任务抢占,所以需要使用FreeRTOS这样的操作系统,但它资源占用比例过大,不利于项目开发,在一般的小项目中也用不到RTOS的太多功能,使用上面的思路,你可以把每个任务设置不同的间隔时间周期性调用,如果有实时性要求很高的事件,就通过中断处理。

当然也可以使用开头的粗糙方法






if((systick_ms-timer_tick)>1000){   timer_tick = systick_ms;   timer_1000ms();}

这样功能是可以实现的,但没有模块化,不利于代码的维护。我们可以借鉴MultiTimer思路封装一下软件接口。

并且,如果你的项目中,任务的个数是固定不变的,可以将MultiTimer中的链表拿掉,直接使用全局变量就可以,如果有额外的时间模仿FreeRTOS实现一些信号量,对列等,这就是自己的OS(无抢占)啊。(当然这属于重复造轮子,但对一些公司来讲,有适合自己业务的,最精简的代码框架是很有必要的)。

我简单粗糙的实现了一个,有兴趣的可以看一下

开源地址:https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/41-SoftwareTask

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知晓编程

资深嵌入式软件开发工程师,分享嵌入式软硬件方面知识。

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