关于软件定时器的一些讨论

2023-05-16

1、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：GitHub - 0x1abin/MultiTimer: Software timers extend module for embedded

2、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。

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：STM32F207VCT6/23-Timer-MultiTimer at master · strongercjd/STM32F207VCT6 · GitHub

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。

3、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：STM32F207VCT6/41-SoftwareTask at master · strongercjd/STM32F207VCT6 · GitHub

点击查看点击查看：C语言进阶专辑

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)