關(guān)于軟件定時(shí)器的一些討論

工程師進(jìn)階筆記

簡(jiǎn)介
; m* X! r4 @$ h. B4 E這里先介紹下軟件定時(shí)器和硬件定時(shí)器的區(qū)別硬件定時(shí)器：CPU內(nèi)部自帶的定時(shí)器模塊，通過初始化、配置可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)時(shí)間到以后就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的定時(shí)器中斷處理函數(shù)。硬件定時(shí)器一般都帶有其它功能，比如PWM輸出、輸入捕獲等等功能。但是缺點(diǎn)是硬件定時(shí)器數(shù)量少��！
軟件定時(shí)器：
軟件定時(shí)器允許設(shè)置一段時(shí)間，當(dāng)設(shè)置的時(shí)間到達(dá)之后就執(zhí)行指定的功能函數(shù)，被定時(shí)器調(diào)用的這個(gè)功能函數(shù)叫做定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)�；卣{(diào)函數(shù)的兩次執(zhí)行間隔叫做定時(shí)器的定時(shí)周期，簡(jiǎn)而言之，當(dāng)定時(shí)器的定時(shí)周期到了以后就會(huì)執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。在FreeRTOS中有專門的軟件定時(shí)器功能，我們可以在MCU中簡(jiǎn)單的是實(shí)現(xiàn)“軟件定時(shí)器”如下：

void timer_1000ms(void){  printf("timer_1000ms\r
3 E% H8 y, O' O' l+ z6 m" L! [) `");}/*systick_ms在硬件定時(shí)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();    }  }}這就是簡(jiǎn)單的軟件定時(shí)器，是的，這就是特別簡(jiǎn)潔版本的軟件定時(shí)器。當(dāng)然它是有缺點(diǎn)的，比如systick_ms每1ms加1，所以軟件定時(shí)器的精度是ms為單位的，并且如果while(1)中有其他代碼阻塞，軟件定時(shí)器也會(huì)跟著阻塞的。這個(gè)簡(jiǎn)單的軟件定時(shí)器畢竟很"簡(jiǎn)陋"，大家可以自行封裝豐富一下，或者參考已經(jīng)有的開源方案：MultiTimer，一款可無限擴(kuò)展的軟件定時(shí)器。MultiTimer 是一個(gè)軟件定時(shí)器擴(kuò)展模塊，可無限擴(kuò)展你所需的定時(shí)器任務(wù)，取代傳統(tǒng)的標(biāo)志位判斷方式， 更優(yōu)雅更便捷地管理程序的時(shí)間觸發(fā)時(shí)序。開源地址：https://github.com/0x1abin/MultiTimer
MultiTimer
MultiTimer的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)潔，只有2個(gè)文件，并且只有4個(gè)函數(shù)，總共82行代碼，稍微花一點(diǎn)功夫就可以理解明白。

移植步驟
配置系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)接口，安裝定時(shí)器驅(qū)動(dòng)
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uint64_t PlatformTicksGetFunc(void){    /* Platform implementation */}MultiTimerInstall(PlatformTicksGetFunc);實(shí)例化一個(gè)定時(shí)器對(duì)象

MultiTimer timer1;設(shè)置定時(shí)時(shí)間，超時(shí)回調(diào)處理函數(shù)， 用戶上下指針，啟動(dòng)定時(shí)器
& d3 @( h7 N. ^( Y/ Z

int MultiTimerStart(&timer1, uint64_t timing, MultiTimerCallback_t callback, void* userData);在主循環(huán)調(diào)用定時(shí)器后臺(tái)處理函數(shù)

int main(int argc, char *argv[]){    ...    while (1) {        ...        MultiTimerYield();    }}具體就不做手把手教程如何移植了，在STM32F207移植好的工程開源地址：
! K- l) N9 I6 z/ ^8 s& d5 L/ ?開源地址：https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/23-Timer-MultiTimer
' y: R/ p4 q3 D$ A下面分析一下MultiTimer在移植的第一步，配置系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)接口，安裝定時(shí)器驅(qū)動(dòng)

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

typedef uint64_t (*PlatformTicksFunction_t)(void);static PlatformTicksFunction_t platformTicksFunction = NULL;int MultiTimerInstall(PlatformTicksFunction_t ticksFunc){    platformTicksFunction = ticksFunc;    return 0;}這其實(shí)就是函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)的回調(diào)函數(shù)，具體詳解看之前的文章《回調(diào)函數(shù)》，其實(shí)就是給MultiTimer提供一個(gè)計(jì)數(shù)器。除去回調(diào)函數(shù)，該開源項(xiàng)目還是單鏈表的很好的示例，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是比較乏味的，這個(gè)開源項(xiàng)目是單鏈表很好的應(yīng)用落地，不太懂的同學(xué)可以學(xué)習(xí)下。下面摘取一下部分代碼鏈表的刪除

for (; *nextTimer; nextTimer = &(*nextTimer)->next) {  if (timer == *nextTimer) {    *nextTimer = timer->next; /* remove from list */    break;  }}插入鏈表
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for (nextTimer = &timerList;; nextTimer = &(*nextTimer)->next) {  if (!*nextTimer) {    timer->next = NULL;    *nextTimer = timer;    break;  }  if (timer->deadline deadline) {    timer->next = *nextTimer;    *nextTimer = timer;    break;  }}遍歷鏈表
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MultiTimer* entry = timerList;for (; entry; entry = entry->next) {  /* Sorted list, just process with the front part. */  if (platformTicksFunction() deadline) {    return (int)(entry->deadline - platformTicksFunction());  }  /* remove expired timer from list */  timerList = entry->next;
) J% N4 w3 I/ T7 }% n4 k  /* call callback */  if (entry->callback) {    entry->callback(entry, entry->userData);  }}這篇文章不會(huì)詳細(xì)講解鏈表的操作，不懂的同學(xué)可以看之前文章《鏈表在STM32中的應(yīng)用》。當(dāng)然MultiTimer也是有缺點(diǎn)的，比如一個(gè)定時(shí)器是1000ms，另一個(gè)定時(shí)器是500ms，調(diào)度時(shí)就會(huì)沖突，也沒有定時(shí)器調(diào)度搶占，會(huì)隨著其他代碼的阻塞而阻塞。這種類似的問題不再詳述，大家使用的時(shí)候多測(cè)測(cè)就好。
* Y# ?% V" e/ S8 {8 ?% O任務(wù)調(diào)度
看了上面的操作，如果我們不叫軟件定時(shí)器，叫它“任務(wù)”，是不是和FreeRTOS任務(wù)類似，感覺高端一些，甚至這篇文章標(biāo)題可以修改為《一篇文章教你實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)》，開個(gè)歡笑，不做標(biāo)題黨。
0 o8 j  f' ]* t. J6 T% g有些項(xiàng)目實(shí)時(shí)性要求高，需要任務(wù)搶占，所以需要使用FreeRTOS這樣的操作系統(tǒng)，但它資源占用比例過大，不利于項(xiàng)目開發(fā)，在一般的小項(xiàng)目中也用不到RTOS的太多功能，使用上面的思路，你可以把每個(gè)任務(wù)設(shè)置不同的間隔時(shí)間周期性調(diào)用，如果有實(shí)時(shí)性要求很高的事件，就通過中斷處理。
當(dāng)然也可以使用開頭的粗糙方法
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if((systick_ms-timer_tick)>1000){   timer_tick = systick_ms;   timer_1000ms();}這樣功能是可以實(shí)現(xiàn)的，但沒有模塊化，不利于代碼的維護(hù)。我們可以借鑒MultiTimer思路封裝一下軟件接口。
3 q/ B: v8 ^1 \4 [并且，如果你的項(xiàng)目中，任務(wù)的個(gè)數(shù)是固定不變的，可以將MultiTimer中的鏈表拿掉，直接使用全局變量就可以，如果有額外的時(shí)間模仿FreeRTOS實(shí)現(xiàn)一些信號(hào)量，對(duì)列等，這就是自己的OS(無搶占)啊。(當(dāng)然這屬于重復(fù)造輪子，但對(duì)一些公司來講，有適合自己業(yè)務(wù)的，最精簡(jiǎn)的代碼框架是很有必要的)。
9 f4 ~( P' a4 b& R我簡(jiǎn)單粗糙的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)，有興趣的可以看一下
+ y# Y3 O0 I0 k  a* Y  l' k& c5 T開源地址：https://github.com/strongercjd/STM32F207VCT6/tree/master/41-SoftwareTaskEND
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