时钟节拍 任何操作系统都需要提供一个时钟节拍,以供系统处理所有和时间有关的事件,如延时、线程的时间片轮转调度以及定时器超时等。时钟节拍(OSTick)是操作系统中最小的时间单位。 时钟节拍是特定的周期性中断,这个中断之间的时间间隔取决于具体的应用,一般是1100ms。时钟节拍率越快,系统的额外开销就越大。 RTThread中,一个时钟节拍的时长根据rtconfig。h配置文件中,RTTICKPERSECOND的定义来调整,等于1RTTICKPERSECOND秒。 时钟节拍的实现 时钟节拍由配置为中断触发模式的硬件定时器产生,在中断服务程序中调用如下函数,通知操作系统已经过去一个系统时钟:voidrttickincrease(void){structrtthreadthread;全局rttick递增ifdefRTUSINGSMPrtcpuself()tick;elserttick;endif检查时间片threadrtthreadself();threadremainingtick;if(threadremainingtick0){重新赋初值threadremainingtickthreadinittick;线程挂起threadstatRTTHREADSTATYIELD;yieldrtthreadyield();}检查定时器rttimercheck();} 从源代码中可以看出,每经过一个时钟节拍,全局变量rttick的值就会加1。然后检查当前线程的时间片是否用完,以及是否有定时器超时。如果当前线程的时间片用完,则进行同优先级线程之间的切换。 不同的硬件定时器中断实现都不同,以STM32定时器中断为例:voidSysTickHandler(void){进入中断rtinterruptenter();rttickincrease();退出中断rtinterruptleave();} 在中断函数中,调用rttickincrease()对全局变量rttcik加1。 rttick的值表示了系统从启动到现在共经过的时钟节拍个数。定时器工作机制 RTThread提供的定时器基于系统的节拍,提供了基于节拍整数倍的定时能力,即定时器定时以时钟节拍为单位。如此,定时器定时长短是OSTick时长的整数倍。 如果一个时钟节拍是10ms,那么系统软件定时器时长只能是10ms、20ms、100等,而不能是15ms。 定时器介绍 RTThread提供了两种类型的定时器:单次触发定时器。这类定时器触发一次定时器事件后,会自动停止。周期触发定时器。这类定时器会周期性地触发定时器事件,直到用户手动停止。 另外,根据超时函数执行时所处地的上下文环境,RTThread的定时器有两种工作模式:HARDTIMER模式,超时函数在中断上下文环境中执行。SOFTTIMER模式,在系统创建的定时器线程上下文环境中执行。 HARDTIMER模式的定时器 这种模式是RTThread定时器默认的工作方式,定时器超时后,超时函数在系统时钟中断的上下文环境中执行。 这种情况下,对于超时函数的要求与中断服务例程的要求相同:执行时间应该尽量短、执行时不应该导致当前线程挂起等。否则会导致其他中断的响应时间加长,或抢占了其他线程执行的时间。 SOFTTIMER模式的定时器 这种工作模式,需要通过宏定义RTUSINGTIMERSOFT来决定是否启用。启用这个模式后,RTThread会在初始化时创建一个timer线程,SOFTTIMER模式的定时器超时函数都会在timer线中执行。 定时器如何工作 RTThread维护着两个重要的全局变量:rttick,当前系统经过的时钟节拍个数。rttimerlist,定时器链表。创建并激活的定时器都会按照超时时间从小到大进行排序,插入到这个链表中。 如下图所示,系统当前的rttick值为20,且已经创建并启动了三个定时器:(1)定时为50个节拍的Timer1(2)定时为100个节拍的timer2(3)定时为500个节拍的timer3。 这三个定时器分别加上系统当前时间rttick,从小到大排序链接在rttimerlist中: rttick随着硬件定时器的触发一直在增长,50个节拍后,rttick从20增长到70,与Timer1的timerout值相同,这时会触发Timer1定时器关联的超时函数,同时将其从rttimerlist链表上删除。 同理,100个节拍和500个节拍过去后,Timer2和Timer3定时器的超时函数会被触发执行,将定时器Timer2和Timer3从rttimerlist中删除。 定时器控制块 定时器控制块是RTThread用于管理定时器的一个数据结构,由结构体structrttimer定义形成定时器内核对象,再链接到内核容器中进行管理。 定时器控制块会存储定时器的一些信息,例如初始时钟节拍数、超时到达的节拍数、定时器之间连接用的链表结构、超时回调函数等。具体定义如下:structrttimer{structrtobjectparent;rtlisttrow〔RTTIMERSKIPLISTLEVEL〕;定时器链表节点void(timeoutfunc)(voidparameter);定时器超时函数voidparameter;超时函数的参数rtticktinittick;定时器设定的超时节拍数rttickttimeouttick;定时器实际超时时的节拍数};typedefstructrttimerrttimert;定时器管理 前面介绍了定时器相关的理论知识,那么RTThread提供了怎样的定时器操作函数,以及如何使用它们呢? RTThread提供的定时器相关的操作包括:创建初始化定时器启动定时器控制定时器删除脱离定时器 所有定时器会在定时超时后从定时器链表中被删除,而周期性定时器会在它再次启动时被加入定时器链表中。 1。创建定时器 创建一个定时器有两种方式:动态创建和静态初始化。 动态创建一个定时器,使用如下函数接口:rttimertrttimercreate(constcharname,void(timeout)(voidparameter),voidparameter,rttickttime,rtuint8tflag) 调用此函数后,内核自动从内存堆中分配一个定时器控制块,然后初始化该定时器控制块。各个参数说明如下: 参数 描述 name 定时器名称 timeout 定时器超时函数指针 parameter 定时器超时函数的入口参数 time 定时器超时时间,单位是时钟节拍 flag 创建定时器的参数,其值包括单次定时、周期定时、硬件定时器、软件定时器等 创建失败,返回RTNULL。创建成功,则返回定时器控制块指针。 定时器标志用到的宏定义:defineRTTIMERFLAGONESHOT0x0单次定时defineRTTIMERFLAGPERIODIC0x2周期定时defineRTTIMERFLAGHARDTIMER0x0硬件定时器defineRTTIMERFLAGSOFTTIMER0x4软件定时器 上面两组可以以或逻辑方式赋值给flag。 静态创建一个定时器,需要用户定义一个定时器控制块结构体structrttimer变量,然后rttimerinit()函数对其初始化。该函数原型如下:voidrttimerinit(rttimerttimer,constcharname,void(timeout)(voidparameter),voidparameter,rttickttime,rtuint8tflag); 该函数比rttimercreate()多了一个参数timer,其他参数都相同,不再赘述。参数timer实际上是定时器控制块指针。 2。启动定时器 定时器创建之后,不会被立即启动,需要在调用启动定时器函数接口后,才开始工作。 RTThread提供的启动定时器函数如下:rterrtrttimerstart(rttimerttimer); 函数的参数timer为定时器控制块指针(定时器句柄),指向要启动的定时器控制块。 调用启动函数后,定时器的状态更改为激活状态,并按照超时时间顺序插入到rttimerlist队列链表中。 启动定时器后,如果想停止它,可以用下面的函数:rterrtrttimerstop(rttimerttimer); 调用该函数后,定时器状态更改为停止,并从rttimerlist链表中脱离出来,不参与定时器超时检查。 函数返回RTEOK,表示成功停止定时器。返回RTERROR,说明定时器已经处于停止状态了。定时器应用演示 理论实践是学习新知识最有效的方法。 举例来演示如何创建定时器。这个例程动态创建两个定时器,一个单次定时器,一个周期定时器,并让定时器运行一段时间后停止。代码如下:includertthread。h定时器的控制块staticrttimerttimer1;staticrttimerttimer2;staticintcnt0;定时器1超时函数staticvoidtimeout1(voidparameter){rtkprintf(periodictimeristimeoutd,cnt);运行第10次,停止周期定时器if(cnt9){rttimerstop(timer1);rtkprintf(periodictimerwasstopped!);}}定时器2超时函数staticvoidtimeout2(voidparameter){rtkprintf(oneshottimeristimeout);}intmain(){创建定时器1周期定时器timer1rttimercreate(timer1,timeout1,RTNULL,10,RTTIMERFLAGPERIODIC);启动定时器1if(timer1!RTNULL){rttimerstart(timer1);}创建定时器2单次定时器timer2rttimercreate(timer2,timeout2,RTNULL,30,RTTIMERFLAGONESHOT);启动定时器2if(timer2!RTNULL){rttimerstart(timer2);}return0;} 编译运行结果如下: 周期性定时器1的超时函数,每10节拍运行1次,共运行10次,之后停止(调用rttimerstop())。 单次定时器2的超时函数在30个时钟节拍后运行一次。 下面举例说明静态创建定时器,需要定义定时器控制块结构变量,然后调用初始化函数对其初始化:includertthread。h定时器的控制块staticstructrttimertimer1;staticstructrttimertimer2;staticintcnt0;定时器1超时函数staticvoidtimeout1(voidparameter){rtkprintf(periodictimeristimeout);运行10次if(cnt9){rttimerstop(timer1);}}定时器2超时函数staticvoidtimeout2(voidparameter){rtkprintf(oneshottimeristimeout);}intmain(void){初始化定时器1rttimerinit(timer1,timer1,定时器名字是timer1timeout1,RTNULL,10,RTTIMERFLAGPERIODIC);周期定时器初始化定时器2rttimerinit(timer2,timer2,定时器名字是timer2timeout2,RTNULL,30,RTTIMERFLAGONESHOT);单次定时器启动定时器rttimerstart(timer1);rttimerstart(timer2);return0;} 其执行结果与动态创建示例相同。其他定时器管理函数 初学者掌握定时器创建使用即可,RTThread还提供了其他的定时器管理函数,可以了解学习。 1。删除定时器 动态创建的定时器,可以用下面的函数删除:rterrtrttimerdelete(rttimerttimer); 调用这个函数接口后,系统会把这个定时器从rttimerlist链表中删除,然后释放相应的定时器控制块占有的内存。 静态创建的定时器,可以用下边的函数脱离定时器:rterrtrttimerdetach(rttimerttimer); 脱离定时器时,系统会把定时器对象从内核对象容器中脱离,但是定时器对象所占有的内存不会被释放。 2。控制定时器 RTThread也额外提供了定时器控制函数接口,以获取或设置更多定时器的信息。控制定时器函数接口如下:rterrtrttimercontrol(rttimerttimer,rtuint8tcmd,voidarg); 控制定时器函数接口可根据命令类型参数,来查看或改变定时器的设置。 参数cmd为用于控制定时器的命令,当前支持四个命令:设置定时时间、查看定时时间、设置单次触发、设置周期触发。defineRTTIMERCTRLSETTIME0x0设置定时器超时时间defineRTTIMERCTRLGETTIME0x1获得定时器超时时间defineRTTIMERCTRLSETONESHOT0x2设置定时器为单次定时器defineRTTIMERCTRLSETPERIODIC0x3设置定时器为周期型定时器 arg为控制命令的参数。 OK,今天先到这,下次继续。加油