MCU一般都自带定时器，属于硬件定时器，但是不同的MCU其硬件定时器数量不同，有时需要考虑成本的问题。在硬件定时器不够用的时候，FreeRTOS也提供了定时器功能，不过是属于软件定时器，其定时精度没有硬件定时器高，但是对于精度要求不高的周期性任务也足够了
软件定时器允许设置一段时间，当设置的时间到达之后就会执行回调函数。软件定时器的回调函数是在定时器服务任务中执行的，因此不能在回调函数中调用会阻塞任务的API函数
定时器是一个可选的、不属于FreeRTOS内核的功能，是由定时器服务任务来提供的。定时器相关API函数大多是使用定时器命令队列发送命令给定时器服务任务的，用户不能直接访问该命令队列
如上图示，定时器命令队列将用户应用任务和定时器服务任务连接在一起。用户应用程序调用了函数xTimerReset()，其结果是复位命令会被发送到定时器命令队列中，再由定时器服务任务来处理这个命令
软件定时器分为两种：单次定时器和周期定时器。单次定时器在定时时间到了后执行一次回调函数就会停止运行；周期定时器一旦启动就会周期性的执行回调函数
定时器的相关配置
- configUSE_TIMERS 宏置1：自动创建定时器服务任务
- configTIMER_TASK_PRIORITY：软件定时器服务任务的任务优先级
- configTIMER_QUEUE_LENGTH：设置定时器命令队列的队列长度
- configTIMER_TASK_STACK_DEPTH：设置定时器服务任务的任务堆栈大小
FreeRTOS启动调度器的时候会自动创建定时器服务任务，其源码如下所示：
BaseType_t xTimerCreateTimerTask( void ){
BaseType_t xReturn = pdFAIL;
/* 检查软件定时器列表和队列,若没有创建内存空间则新建 */
prvCheckForValidListAndQueue();
if( xTimerQueue != NULL ){
#if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
{
/*****此处省略静态创建代码*****/
}
#else
{
/* 为了满足软件定时器的实时性，软件定时器任务的优先级设置为最大值 */
xReturn = xTaskCreate(prvTimerTask,
"Tmr Svc",
configTIMER_TASK_STACK_DEPTH,
NULL,
((UBaseType_t)configTIMER_TASK_PRIORITY)|portPRIVILEGE_BIT,
&xTimerTaskHandle);
}
#endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION */
}
else{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
configASSERT( xReturn );
return xReturn;
}
/* 检查软件定时器列表和队列 */
static void prvCheckForValidListAndQueue( void ){
taskENTER_CRITICAL();
{
/* 若队列为空，则进行列表的初始化和队列的创建 */
if( xTimerQueue == NULL ){
vListInitialise( &xActiveTimerList1 );
vListInitialise( &xActiveTimerList2 );
pxCurrentTimerList = &xActiveTimerList1;
pxOverflowTimerList = &xActiveTimerList2;
/* 开始创建消息队列 */
#if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
{
/*****************************/
/*****此处省略静态创建代码*****/
/*****************************/
}
#else
{
xTimerQueue = xQueueCreate((UBaseType_t)configTIMER_QUEUE_LENGTH, sizeof(DaemonTaskMessage_t));
}
#endif
/*****************************/
/*****此处省略部分其他代码*****/
/*****************************/
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
}
taskEXIT_CRITICAL();
}
复位软件定时器，若软件定时器已经启动，则重新计算超时时间；若软件定时器没有启动，则启动软件定时器
/********************复位软件定时器，用在任务中************************************/
BaseType_t xTimerReset(TimerHandle_t xTimer, //要复位的软件定时器句柄
TickType_t xTicksToWait) //阻塞时间
/********************复位软件定时器，用在中断服务函数中*****************************/
BaseType_t xTimerResetFromISR(TimerHandle_t xTimer, //要复位的软件定时器句柄
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken) //退出后是否进行任务切换
/********************************************************************************/
返回值：定时器复位成功返回pdPASS；失败返回pdFAIL
复位定时器函数是一个宏，最终调用xTimerGenericCommand()函数
#define xTimerReset(xTimer, xTicksToWait) \
xTimerGenericCommand((xTimer), \
tmrCOMMAND_RESET, \
(xTaskGetTickCount()), \
NULL, \
(xTicksToWait)) \
//参数：1、软件定时器句柄;2、定义Reset编号;3、当前的系统的Tick值;4、null;5、阻塞时间
创建一个软件定时器，并返回一个软件定时器句柄。创建软件定时器后，软件定时器并没有启动
/********************动态创建软件定时器*******************************************/
TimerHandle_t xTimerCreate(char * const pcTimerName,//软件定时器名字
TickType_t xTimerPeriodInTicks,//定时器周期（单位是时钟节拍数）
UBaseType_t uxAutoReload,//定时器模式（单次还是周期）
void * const pvTimerID,//定时器ID号
TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction)//定时器回调函数
/********************静态创建软件定时器*******************************************/
TimerHandle_t xTimerCreateStatic(char * const pcTimerName,//软件定时器名字
TickType_t xTimerPeriodInTicks,//定时器周期（单位是时钟节拍数）
UBaseType_t uxAutoReload,//定时器模式（单次还是周期）
void * const pvTimerID,//定时器ID号
TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction,//定时器回调函数
StaticTimer_t * pxTimerBuffer)//保存定时器结构体
/********************************************************************************/
返回值：创建成功返回软件定时器句柄；失败返回NULL
创建软件定时器函数xTimerCreate()的源码分析如下示：
TimerHandle_t xTimerCreate( const char * const pcTimerName,
const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
const UBaseType_t uxAutoReload,
void * const pvTimerID,
TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction){
Timer_t *pxNewTimer;
//动态分配 软件定时器控制块内存空间
pxNewTimer = ( Timer_t * ) pvPortMalloc( sizeof( Timer_t ) );
if( pxNewTimer != NULL ){
//进入控制初始化
prvInitialiseNewTimer( pcTimerName, xTimerPeriodInTicks, uxAutoReload, pvTimerID, pxCallbackFunction, pxNewTimer );
}
return pxNewTimer;
}
static void prvInitialiseNewTimer(const char * const pcTimerName,
const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
const UBaseType_t uxAutoReload,
void * const pvTimerID,
TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction,
Timer_t *pxNewTimer){
/* 0 is not a valid value for xTimerPeriodInTicks. */
configASSERT( ( xTimerPeriodInTicks > 0 ) );
if( pxNewTimer != NULL ){
/* 再次判断是否已经创建 队列 初始化了列表 */
prvCheckForValidListAndQueue();
/* 1、进行软件定时器控制块信息的赋值 2、把当前软件定时器列表项初始化，便于以后使用*/
pxNewTimer->pcTimerName = pcTimerName;
pxNewTimer->xTimerPeriodInTicks = xTimerPeriodInTicks;
pxNewTimer->uxAutoReload = uxAutoReload;
pxNewTimer->pvTimerID = pvTimerID;
pxNewTimer->pxCallbackFunction = pxCallbackFunction;
vListInitialiseItem( &( pxNewTimer->xTimerListItem ) );
traceTIMER_CREATE( pxNewTimer );
}
}
/****************开启软件定时器，用在任务中***********************************/
BaseType_t xTimerStart(TimerHandle_t xTimer, //要复位的软件定时器句柄
TickType_t xTicksToWait) //阻塞时间
/****************开启软件定时器，用在中断服务函数中****************************/
BaseType_t xTimerStartFromISR(TimerHandle_t xTimer, //要复位的软件定时器句柄
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken) //退出后是否进行任务切换
/********************************************************************************/
返回值：定时器开启成功返回pdPASS；失败返回pdFAIL
开始软件定时器函数是一个宏，最终调用xTimerGenericCommand()函数
#define xTimerStart(xTimer, xTicksToWait) \
xTimerGenericCommand((xTimer), \
tmrCOMMAND_START, \
(xTaskGetTickCount()), \
NULL, \
(xTicksToWait)) \
//参数：1、软件定时器句柄;2、定义Start编号;3、当前的系统的Tick值;4、null;5、阻塞时间
/****************停止软件定时器，用在任务中***********************************/
BaseType_t xTimerStop(TimerHandle_t xTimer, //要复位的软件定时器句柄
TickType_t xTicksToWait) //阻塞时间
/****************停止软件定时器，用在中断服务函数中****************************/
BaseType_t xTimerStopFromISR(TimerHandle_t xTimer, //要复位的软件定时器句柄
BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken) //退出后是否进行任务切换
/********************************************************************************/
返回值：定时器停止成功返回pdPASS；失败返回pdFAIL
停止软件定时器函数是一个宏，最终也是调用xTimerGenericCommand()函数
#define xTimerStop(xTimer, xTicksToWait) \
xTimerGenericCommand((xTimer), \
tmrCOMMAND_STOP, \
0U, \
NULL, \
(xTicksToWait)) \
//参数：1、软件定时器句柄;2、定义Stop编号;3、不需要传入消息;4、null;5、阻塞时间
函数xTimerGenericCommand()的源码如下：
BaseType_t xTimerGenericCommand(TimerHandle_t xTimer,
const BaseType_t xCommandID,//标识触发的类型
const TickType_t xOptionalValue,//xTaskGetTickCount
BaseType_t * const pxHigherPriorityTaskWoken,
const TickType_t xTicksToWait){
BaseType_t xReturn = pdFAIL;
DaemonTaskMessage_t xMessage;
if( xTimerQueue != NULL ){
xMessage.xMessageID = xCommandID;
xMessage.u.xTimerParameters.xMessageValue = xOptionalValue;
xMessage.u.xTimerParameters.pxTimer = ( Timer_t * ) xTimer;
/* 判断命令类型 */
if( xCommandID < tmrFIRST_FROM_ISR_COMMAND ){
/* 判断调度器状态 */
if( xTaskGetSchedulerState() == taskSCHEDULER_RUNNING ){
xReturn = xQueueSendToBack(xTimerQueue, &xMessage, xTicksToWait);
}
else{
xReturn = xQueueSendToBack(xTimerQueue, &xMessage, tmrNO_DELAY);
}
}
else{
xReturn = xQueueSendToBackFromISR(xTimerQueue,&xMessage,pxHigherPriorityTaskWoken);
}
traceTIMER_COMMAND_SEND(xTimer, xCommandID, xOptionalValue, xReturn);
}
else{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
return xReturn;
}
本实例介绍FreeRTOS软件定时的的创建、开启和停止函数的操作与使用
使用STM32CubeMX将FreeRTOS移植到工程中，创建一个任务、两个软件定时器（单次和周期定时器）
- TimerControl_Task：控制两个软件定时器的开启和停止
- PeriodicTimer：周期定时器，定时周期为1000ms
- OnceTimer：单次定时器，定时周期为2000ms
RCC设置外接HSE，时钟设置为72M
PC0/PC1设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE2/PE3/PE4设置为GPIO输入模式、上拉模式
USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位；
激活FreeRTOS，添加任务，设置任务名称、优先级、堆栈大小、函数名称等参数
void TimerControl_Task(void const * argument){
uint8_t key;
for(;;){
if((PeriodicTimerHandle != NULL)&&(OnceTimerHandle != NULL)){
key = KEY_Scan(0);
switch(key){
case KEY_UP_PRES :
/* 设置软件定时器周期值 */
xTimerChangePeriod(PeriodicTimerHandle,1000,0);
xTimerStart(PeriodicTimerHandle,0);
printf("PeriodicTimer Start......!\r\n");
break;
case KEY_DOWN_PRES :
xTimerStop(PeriodicTimerHandle,0);
printf("PeriodicTimer Stop******!\r\n");
break;
case KEY_LEFT_PRES :
/* 设置软件定时器周期值 */
xTimerChangePeriod(OnceTimerHandle,2000,0);
xTimerStart(OnceTimerHandle,0);
printf("OnceTimer Start......!\r\n");
break;
case KEY_RIGHT_PRES :
xTimerStop(OnceTimerHandle,0);
printf("OnceTimer Stop******!\r\n");
break;
}
}
osDelay(10);
}
}
void OnceTimer_Callback(void const * argument){
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
printf("OnceTimer Finished!\r\n");
}
void PeriodicTimer_Callback(void const * argument){
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_1);
}
编译无误下载到开发板后，打开串口调试助手
- 按下KEY_UP按键，开启周期定时器，此时LED2指示灯每隔1s闪烁一次
- 按下KEY_DOWN按键，关闭周期定时器，LED2停止闪烁
- 按下KEY_LEFT按键，开启单次定时器，2s后LED1状态翻转，停止运行
- 按下KEY_RIGHT按键，关闭单次定时器
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FreeRTOS软件定时器实例
