关于软件定时器的一些讨论

工程师进阶笔记 · 发表于 2022-9-26 08:25:00

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
");}/*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 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() 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-SoftwareTaskEND

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