文章目录

一·、软件定时器的基本概念

二、软件定时器应用场景

三、软件定时器的精度

四、软件定时器的运作机制

五、软件定时器函数接口讲解

1.软件定时器创建函数 xTimerCreate()

2.软件定时器启动函数 xTimerStart()

 3.软件定时器停止函数  xTimerStop()

 4.软件定时器任务

5.软件定时器删除函数 xTimerDelete()

五、软件定时器实验

六、实验现象

一·、软件定时器的基本概念

      定时器，是指从指定的时刻开始，经过一个指定时间，然后触发一个超时事件，用户 可以自定义定时器的周期与频率。类似生活中的闹钟，我们可以设置闹钟每天什么时候响， 还能设置响的次数，是响一次还是每天都响。

      定时器有硬件定时器和软件定时器之分：

      硬件定时器是芯片本身提供的定时功能。一般是由外部晶振提供给芯片输入时钟，芯 片向软件模块提供一组配置寄存器，接受控制输入，到达设定时间值后芯片中断控制器产 生时钟中断。硬件定时器的精度一般很高，可以达到纳秒级别，并且是中断触发方式。

      软件定时器，软件定时器是由操作系统提供的一类系统接口，它构建在硬件定时器基 础之上，使系统能够提供不受硬件定时器资源限制的定时器服务，它实现的功能与硬件定 时器也是类似的。

      使用硬件定时器时，每次在定时时间到达之后就会自动触发一个中断，用户在中断中 处理信息；而使用软件定时器时，需要我们在创建软件定时器时指定时间到达后要调用的 函数（也称超时函数/回调函数，为了统一，下文均用回调函数描述），在回调函数中处理 信息。

      注意：软件定时器回调函数的上下文是任务，下文所说的定时器均为软件定时器。

      软件定时器在被创建之后，当经过设定的时钟计数值后会触发用户定义的回调函数。 定时精度与系统时钟的周期有关。一般系统利用 SysTick 作为软件定时器的基础时钟，软 件定时器的回调函数类似硬件的中断服务函数，所以，回调函数也要快进快出，而且回调 函数中不能有任何阻塞任务运行的情况（软件定时器回调函数的上下文环境是任务），比 如 vTaskDelay()以及 其它能阻 塞任务运 行的函数 ，两次触发 回调函数 的时间间 隔 xTimerPeriodInTicks 叫定时器的定时周期。

      FreeRTOS 操作系统提供软件定时器功能，软件定时器的使用相当于扩展了定时器的数 量，允许创建更多的定时业务。FreeRTOS 软件定时器功能上支持：

 裁剪：能通过宏关闭软件定时器功能。

 软件定时器创建。

 软件定时器启动。

 软件定时器停止。

 软件定时器复位。

 软件定时器删除。

      FreeRTOS 提供的软件定时器支持单次模式和周期模式，单次模式和周期模式的定时时 间到之后都会调用软件定时器的回调函数，用户可以在回调函数中加入要执行的工程代码。

     单次模式：当用户创建了定时器并启动了定时器后，定时时间到了，只执行一次回调 函数之后就将该定时器进入休眠状态，不再重新执行。

     周期模式：这个定时器会按照设置的定时时间循环执行回调函数，直到用户将定时器 删除。具体看图1

 图1软件定时器的单次模式与周期模式

      FreeRTOS 通过一个 prvTimerTask 任务（也叫守护任务 Daemon）管理软定时器，它是 在启动调度器时自动创建的，为了满足用户定时需求。prvTimerTask 任务会在其执行期间 检查用户启动的时间周期溢出的定时器，并调用其回调函数。只有设置 FreeRTOSConfig.h 中的宏定义 configUSE_TIMERS 设置为 1 ，将相关代码编译进来，才能正常使用软件定时 器相关功能。

二、软件定时器应用场景

      在很多应用中，我们需要一些定时器任务，硬件定时器受硬件的限制，数量上不足以 满足用户的实际需求，无法提供更多的定时器，那么可以采用软件定时器来完成，由软件 定时器代替硬件定时器任务。但需要注意的是软件定时器的精度是无法和硬件定时器相比 的，而且在软件定时器的定时过程中是极有可能被其它中断所打断，因为软件定时器的执 行上下文环境是任务。所以，软件定时器更适用于对时间精度要求不高的任务，一些辅助 型的任务。

三、软件定时器的精度

      在操作系统中，通常软件定时器以系统节拍周期为计时单位。系统节拍是系统的心跳 节拍，表示系统时钟的频率，就类似人的心跳，1s 能跳动多少下，系统节拍配置为 configTICK_RATE_HZ，该宏在 FreeRTOSConfig.h 中有定义，默认是 1000。那么系统的时 钟节拍周期就为 1ms（1s跳动 1000 下，每一下就为 1ms）。软件定时器的所定时数值必须 是这个节拍周期的整数倍，例如节拍周期是 10ms，那么上层软件定时器定时数值只能是 10ms，20ms，100ms 等，而不能取值为 15ms。由于节拍定义了系统中定时器能够分辨的 精确度，系统可以根据实际系统 CPU 的处理能力和实时性需求设置合适的数值，系统节拍周期的值越小，精度越高，但是系统开销也将越大，因为这代表在 1 秒中系统进入时钟中 断的次数也就越多。

四、软件定时器的运作机制

      软件定时器是可选的系统资源，在创建定时器的时候会分配一块内存空间。当用户创 建并启动一个软件定时器时， FreeRTOS 会根据当前系统时间及用户设置的定时确定该定 时器唤醒时间，并将该定时器控制块挂入软件定时器列表，FreeRTOS 中采用两个定时器列 表维护软件定时器，pxCurrentTimerList 与 pxOverflowTimerList 是列表指针，在初始化的时 候分别指向 xActiveTimerList1 与 xActiveTimerList2

软件定时器用到的列表

      xCurrentTimerList：系统新创建并激活的定时器都会以超时时间升序的方式插入到 pxCurrentTimerList 列表中。系统在定时器任务中扫描 pxCurrentTimerList 中的第一个定时 器，看是否已超时，若已经超时了则调用软件定时器回调函数。否则将定时器任务挂起， 因为定时时间是升序插入软件定时器列表的，列表中第一个定时器的定时时间都还没到的 话，那后面的定时器定时时间自然没到。 pxOverflowTimerList 列表是在软件定时器溢出的时候使用，作用与 pxCurrentTimerList 一致。 同时，FreeRTOS 的软件定时器还有采用消息队列进行通信，利用“定时器命令队列” 向软件定时器任务发送一些命令，任务在接收到命令就会去处理命令对应的程序，比如启 动定时器，停止定时器等。假如定时器任务处于阻塞状态，我们又需要马上再添加一个软 件定时器的话，就是采用这种消息队列命令的方式进行添加，才能唤醒处于等待状态的定 时器任务，并且在任务中将新添加的软件定时器添加到软件定时器列表中，所以，在定时 器启动函数中，FreeRTOS 是采用队列的方式发送一个消息给软件定时器任务，任务被唤醒 从而执行接收到的命令。

      例如：系统当前时间 xTimeNow 值为 0，注意：xTimeNow 其实是一个局部变量，是根 据 xTaskGetTickCount()函数获取的，实际它的值就是全局变量 xTickCount 的值，下文都采 用它表示当前系统时间。在当前系统中已经创建并启动了 1 个定时器 Timer1；系统继续运 行，当系统的时间 xTimeNow 为 20 的时候，用户创建并且启动一个定时时间为 100 的定时 器 Timer2，此 时 Timer2 的 溢出 时间 xTicksToWait 就 为定 时时间 +系统 当前时 间 （100+20=120），然后将 Timer2 按 xTicksToWait 升序插入软件定时器列表中；假设当前 系统时间 xTimeNow 为 40 的时候，用户创建并且启动了一个定时时间为 50 的定时器 Timer3 ， 那 么 此 时 Timer3 的 溢 出 时 间 xTicksToWait 就 为 40+50=90 ， 同 样 安 装 xTicksToWait 的数值升序插入软件定时器列表中，在定时器链表中插入过程具体见图 2。 同理创建并且启动在已有的两个定时器中间的定时器也是一样的，具体见图3。

图2 定时器链表示意图1

图 3  定时器链表示意图 2

      那么系统如何处理软件定时器列表统在不断运行，而 xTimeNow（xTickCount） 随着 SysTick 的触发一直在增长（每一次硬件定时器中断来临，xTimeNow 变量会加 1）， 在软件定时器任务运行的时候会获取下一个要唤醒的定时器，比较当前系统时间 xTimeNow 是否大于或等于下一个定时器唤醒时间 xTicksToWait，若大于则表示已经超时， 定时器任务将会调用对应定时器的回调函数，否则将软件定时器任务挂起，直至下一个要 唤醒的软件定时器时间到来或者接收到命令消息。

使用软件定时器时候要注意以下几点：

     软件定时器的回调函数中应快进快出，绝对不允许使用任何可能引软件定时器起 任务挂起或者阻塞的 API 接口，在回调函数中也绝对不允许出现死循环。

     软件定时器使用了系统的一个队列和一个任务资源，软件定时器任务的优先级默 认为 configTIMER_TASK_PRIORITY，为了更好响应，该优先级应设置为所有任 务中最高的优先级。       创建单次软件定时器，该定时器超时执行完回调函数后，系统会自动删除该软件 定时器，并回收资源。

      定时器任务的堆栈大小默认为 configTIMER_TASK_STACK_DEPTH 个字节。

五、软件定时器函数接口讲解

      软件定时器的功能是在定时器任务（或者叫定时器守护任务）中实现的。软件定时器 的很多 API 函数通过一个名字叫“定时器命令队列”的队列来给定时器守护任务发送命令。 该定时器命令队列由 RTOS 内核提供，且应用程序不能够直接访问，其消息队列的长度由 宏 configTIMER_QUEUE_LENGTH 定义，下面就讲解一些常用的软件定时器函数接口。

1.软件定时器创建函数 xTimerCreate()

      软件定时器与 FreeRTOS 内核其他资源一样，需要创建才允许使用的，FreeRTOS 为我 们提供了两种创建方式，一种是动态创建软件定时器 xTimerCreate()，另一种是静态创建方 式 xTimerCreateStatic()，因为创建过程基本差不多，所以在这里我们只讲解动态创建方式。

      xTimerCreate()用于创建一个软件定时器，并返回一个句柄。要想使用该函数函数必须 在 头 文 件 FreeRTOSConfig.h 中 把 宏 configUSE_TIMERS 和 configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 均 定义为 1 （configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 在 FreeRTOS.h 中默认定义为 1），并且需 要把 FreeRTOS/source/times.c 这个 C 文件添加到工程中。 每一个软件定时器只需要 很少的 RAM 空间来保存其的状态。如果使用函 数 xTimeCreate()来创建一个软件定时器，那么需要的 RAM 是动态分配的。如果使用函数 xTimeCreateStatic()来创建一个事件组，那么需要的 RAM 是静态分配的 软件定时器在创建成功后是处于休眠状态的，可以使用 xTimerStart()、xTimerReset()、 xTimerStartFromISR() 、 xTimerResetFromISR() 、 xTimerChangePeriod() 和 xTimerChangePeriodFromISR()这些函数将其状态转换为活跃态。

xTimerCreate()使用实例

2.软件定时器启动函数 xTimerStart()

xTimerStart()

      如果是认真看上面 xTimerCreate()函数使用实例的同学应该就发现了，这个软件定时器 启动函数 xTimerStart()在上面的实例中有用到过，前一小节已经说明了，软件定时器在创 建完成的时候是处于休眠状态的，需要用 FreeRTOS 的相关函数将软件定时器活动起来， 而 xTimerStart()函数就是可以让处于休眠的定时器开始工作。 我们知道，在系统开始运行的时候，系统会帮我们自动创建一个软件定时器任务 （prvTimerTask），在这个任务中，如果暂时没有运行中的定时器，任务会进入阻塞态等 待命令，而我们的启动函数就是通过“定时器命令队列”向定时器任务发送一个启动命令， 定时器任务获得命令就解除阻塞，然后执行启动软件定时器命令。

xTimerStartFromISR()

      当 然 除 在任 务启 动 软件 定 时器 之外 ， 还有 在 中断 中启 动 软件 定 时器 的函 数 xTimerStartFromISR()。xTimerStartFromISR()是函数 xTimerStart()的中断版本，用于启动一 个先前由函数 xTimerCreate() / xTimerCreateStatic()创建的软件定时器。

xTimerStartFromISR()函数说明

 3.软件定时器停止函数  xTimerStop()

xTimerStop()

      xTimerStop() 用于停止一个已经启动的软件定时器，该函数的实现也是通过“定时器 命令队列”发送一个停止命令给软件定时器任务，从而唤醒软件定时器任务去将定时器停 止。要想使函数 xTimerStop()必须在头文件 FreeRTOSConfig.h 中把宏 configUSE_TIMERS 定义为 1

xTimerStop()函数说明

来源：不秃也很强