软定时器的原理与创建

最新推荐文章于 2025-09-27 09:33:27 发布

原创

最新推荐文章于 2025-09-27 09:33:27 发布 · 1k 阅读

3 ·

CC 4.0 BY-SA版权

博客大多是学习笔记，仅供自己总结回顾并无其他用途，并且大多都注明了出处，如有侵权，请告知，立即删除!

文章目录

- 1 软定时器的原理与创建

1 软定时器的原理与创建

1.1 问题概述

在实际应用中，常常需要周期性或者在指定时间做一件事情：

周期性：在指定的延时开始做某件事情，然后周期性重复执行。
一次性：在指定的延时开始后做某件事情，执行一次后立即结束。

在这里插入图片描述
显然，硬件定时器有限，而这种需求可能有很多个。单纯依赖硬件定时器不能满足需求。也许，可以使用任务+tTaskDelay()。但是，如果每种需求都使用一个任务的话，导致任务很多，资源开销太大。

在这里插入图片描述
能否只用一个任务满足所有需求？

1.2 设计原理

每种需求的所有信息，保存到软定时器结构。
在这里插入图片描述
这时又出现了一个问题：如果定时器任务可能被更高优先级的任务抢占CPU运行，导致刷新定时器列表的时间滞后。

为了保证时间确定，我们可以增加一条在时钟节拍中断处理的定时器列表。

总体结构如下：
在这里插入图片描述

1.3 设计实现

定义

最低0.47元/天解锁文章

确定要放弃本次机会？

福利倒计时

: :

立减 ¥

普通VIP年卡可用

立即使用

SlowIsFastLemon

关注关注

1
点赞
踩
3

收藏

觉得还不错? 一键收藏
0
评论
分享

复制链接

分享到 QQ

分享到新浪微博

扫一扫
举报

举报

专栏目录

单片机的软件定时器的设计原理是什么？

qq_35656655的博客

07-28

1079

首先我们来看下下面两个图： 51单片机的内部结构框图 STM32内部框图单片机内部包含众多硬件模块，相对单片机CPU来说这些就是外设(串口，GPIO,定时器，SPI, I2C等)，就像我们的电脑主板一样，在CPU周围布置了很多外设(内存，硬盘，显卡，声卡，网卡等)。然后这些模块基本都是独立工作的，通过内部总线或I/O交互；既然是独立工作，那么就不会过多的占用CPU时钟，比如说定时器：我们设置好它的工作模式后，启动它，然后它就不停的按照我们设置的方式工作，到达状态后会有相应状态位可以检测，..

单片机----软定时详解

weixin_44118923的博客

11-11

590

单片机----软定时详解文章目录单片机----软定时详解前言一、头文件的创建二、源文件的使用总结前言相信有很多机友们，在一开始接触单片机的时候，对软定时一知半解的（大佬除外），以下文章是自己对软件定时的一些拙见。有不足之处希望能和大家一起探讨、进步。一、头文件的创建在.h文件中声明了一个枚举类型，该枚举类型是为了在软定时的初始化函数中，判断开启软定时的次数是（单次）或者（重复运行）；然后还创建了一个保存软定时使用到的结构体。 typedef enum { // 单次运行

参与评论您还未登录，请先登录后发表或查看评论

软件定时器与硬件定时器

wtmdnsn的博客

09-27

313

嵌入式系统中的定时功能主要依靠硬件定时器和软件定时器两种机制实现。硬件定时器由芯片电路直接支持，精度可达纳秒级，适合高精度控制（如PWM调速、信号捕获），但资源有限且需配置寄存器。软件定时器基于系统节拍模拟，精度为毫秒级，支持动态创建多个定时器（如任务调度、通信超时管理），但受CPU负载影响。实际应用中，关键实时任务应选用硬件定时器，普通定时需求可采用软件定时器，二者可混合使用以兼顾精度与灵活性。

软件定时器

weixin_49038319的博客

04-28

875

我们的手机上有闹钟，我们可以设定一个时间到点后它会提醒我们做一些特别的事情。定时器有两种，一种是硬件定时器一种是软件定时器。

软定时器和延迟函数

zhw888888的专栏

07-15

3405

定时器是一种软件功能，即允许在将来的某个时刻，函数在给定的时间间隔用完被调用。超时表示与定时器相关的时间间隔已经用完的那个时刻。内核和进程广泛使用定时

.NET System.Timers.Timer的原理和使用(开发定时执行程序)

weixin_30344995的博客

06-29

104

概述(来自MSDN) Timer 组件是基于服务器的计时器，它使您能够指定在应用程序中引发 Elapsed 事件的周期性间隔。然后可以操控此事件以提供定期处理。例如，假设您有一台关键性服务器，必须每周 7 天、每天 24 小时都保持运行。可以创建一个使用 Timer 的服务，以定期检查服务器并确保系统开启并在运行。如果系统不响应，则该服务可以尝试重新启动服务器或通知管理员。...

软定时器源码.rar

12-05

本资源提供的"软定时器源码.rar"是基于STM32ZET6实现的软件定时器解决方案，它允许用户通过按键进行定时任务的设定与取消，并且能够实时显示当前定时时间，同时通过串口通信功能将定时时间打印出来，方便调试与监控...

c语言定时器原理,软件定时器实现原理、测试及应用设计

weixin_42306503的博客

05-24

1428

分析μC/OSII操作系统软件定时器的算法，以及影响定时器精度的抖动问题产生的原因；提出定时器管理任务处理器占用率的计算公式，并进行了实验测试。实验结果表明，μC/OSII软件定时器具有ms级的最小分辨时间单位，运行时间误差在μs级，处理器开销很小。引言μC/OSII操作系统是建立在微内核基础上的实时操作系统，抢占式多任务、微内核、移植性好等特点，使其在诸多领域都有较好的应用。在μC/OSII 2...

FreeRTOS——软件定时器

2301_79532069的博客

11-24

2214

区别于硬件定时器，软件定时器是基于系统时钟节拍tick值实现的，之所以叫软件定时器是因为它不需要额外使用硬件定时器，而且可以创建多个，因此也叫软件定时器组因为是定时器，定时时间到了，总要做点什么。硬件定时器定时时间到了一般会触发定时器中断或触发其他外设，而使用软件定时器时，会用到创建时指定的回调函数，由守护任务管理可裁剪，通过宏来开启/关闭软件定时器的功能扩展定时器数量，允许创建更多定时任务定时模式有单次/周期，周期就是按照定时时间重复执行回调函数用途可以是闹钟、智能家居自动化控制。

定时器的实现原理及参考

weixin_30865427的博客

09-30

802

　　如果让你来实现一个定时器的功能，简单点就是，每隔n秒，去执行一次A任务，你打算怎么实现？　　我觉得一般都能想到，使用一个死循环，然后每次循环比较时间，时间到了就去执行A任务就好了。但是这样会不会有问题？每次循环会不会性能消耗太大？别人都是怎么做的？如果有语言提供的工具，那我自然更加相信他而不是自己去实现。　　好吧，用编程语言自身提供的工具一般情况下自然是比较明智的选择，因为别人本来就比你厉...

5-软件定时器

深蓝判官

11-10

997

UCOSIII 软件定时器 软件定时器原理软件定时器相关函数汇总总结函数的参数和用法及注意事项举个栗子在不带操作系统的时候，如果想要定时一般会使用芯片上的硬件定时器，但是在UCOS中，我们可以使用软件定时器，而把硬件定时器留作他用，而且UCOS的软件定时器是没有数量限制的，当然前提是内存够大才行。虽然软件定时器不占用硬件定时器的资源，但是他也有个缺点，就是精度不高...

linux内核分析之软定时器笔记

emowuyi

12-28

176

定时器是一种软件功能，即允许在将来的某个时刻，函数在给定的时间间隔用完时被调用。超时表示与定时器相关的时间间隔已经用完的那个时刻。 linux上考虑两种类型的定时器，即动态定时和间隔定时器。第一种类型由内核使用，而间隔定时器由进程在用户态创建。动态定时器 动态定时的主要数据结构是一个叫做tvec_bases的per cpu变量，他包含NR_CPUS个元素，系统中每个CPU都有一个。每个元素...

FreeRTOS---------软件定时器

m0_74307146的博客

05-24

1266

FreeRTOS的软件定时器功能。

freertos---软定时器

wwwlyj123321的博客

10-10

2150

一、软件定时器介绍 freeRTOS软件定时器的时基是基于系统时钟节拍实现的，可以创建很多个，在硬件定时器资源不充足的情况下非常有用。软件定时器一般用作周期性地执行函数，在创建软件定时器时指定软件定时器的回调函数，在回调函数中实现相应的功能。二、软件定时器的两种模式 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。单次模式(One-shot timers)：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

嵌入式常用模块——软定时器

main_h_的博客

10-12

3593

文章目录啰嗦啰嗦硬件的资源总是紧张的，用这些有限的资源去做更多的事情，这大概就是每个硬件工程师一直在计较的事情了吧。同样的

单片机软定时器

akamod的博客

10-16

778

一直想在单片机上实现一个像MFC和WPF一样的软定时器，花了点时间终于写出来了，使用时需把timer_run函数放到定时器中断服务函数里面 typedef struct _TIMER { unsigned char isEnable; unsigned int count; unsigned int countNeed; void (*func)(); }TIMER; v

定时器如何软定时器

最新发布

12-01

<think> 首先，用户的问题是：“我想了解实现软定时器的方法请问定时器如何实现软定时器”，基于引用内容。引用提供了关于软定时器的信息。从引用中： - 引用[1]：区分了软定时器和硬定时器，硬定时器基于硬件，软定时器是软件的。 - 引用[2]：描述了如何使用硬件定时器和变量来实现定时功能。 - 引用[3]：解释了软定时器是借助硬定时器产生累积计数值，可能被中断打断，因此不精确。 - 引用[4]：提供了软定时器的实现细节，包括结构体和函数定义。用户想了解实现软定时器的方法，所以我需要基于引用内容，提供一个清晰、结构化的回答。回答结构： - 根据系统指令，回答要结构清晰，帮助用户逐步解决问题。 - 使用中文回答。 - 所有数学表达式使用$...$格式，但由于主题是软件定时器，可能没有太多数学内容，但如果有变量或公式，就用$...$。 - 独立公式用$$...$$，但这里可能不需要。 - 引用的段落末尾添加引用标识，如[^1]。 - 生成相关问题。关键点来自引用： - 软定时器是基于硬定时器实现的，使用一个累积计数值。 - 硬定时器（如系统时钟节拍）产生中断，定期更新一个计数器（如系统滴答数）。 - 软定时器维护自己的状态和计数器，比如delayTicks，在计数器减到0时触发回调函数。 - 软定时器可能被中断打断，导致不精确，但对于非实时应用可接受。实现步骤： 1. **依赖硬定时器**：软定时器需要一个硬定时器作为基础，这个硬定时器定期中断（如每秒1000次）。 2. **系统滴答计数器**：在硬定时器的中断服务程序（ISR）中，更新一个全局计数器（如sysTickCount）。 3. **软定时器结构**：定义一个软定时器结构体，包含状态、初始延迟、周期、当前延迟、回调函数等。 4. **管理软定时器**：使用一个列表或队列来管理所有软定时器。 5. **更新软定时器**：在系统滴答中断或一个低优先级任务中，遍历所有软定时器，减少它们的delayTicks。当delayTicks为0时，触发回调函数；如果是周期定时器，重置delayTicks到周期值。 6. **处理不精确性**：由于软定时器可能在中断上下文中处理，也可能在任务上下文中处理，以避免中断延迟问题。引用[4]提到了TIMER_CONFIG_TYPE_HARD和TIMER_CONFIG_TYPE_SOFT，分别表示在中断中处理或在任务中处理。来自引用[4]的代码片段： - tTimer 结构体包括：startDelayTicks, durationTicks, delayTicks, timerFunc, arg, config, state. - 函数 tTimerInit 用于初始化定时器。回答结构： 1. **介绍软定时器**：解释什么是软定时器及其特性。 2. **实现原理**：逐步描述如何实现软定时器。 3. **代码示例**：提供一个简单的代码示例，基于引用内容。 4. **注意事项**：讨论不精确性和应用场景。 5. **生成相关问题**：在最后添加相关问题。确保引用： - 在回答中引用相关段落时添加标识，如[^1]。相关问题： - 基于用户问题，生成2-3个相关问题。 - 例如：如何优化软定时器？软定时器和硬定时器的区别？在实时系统中如何使用软定时器？最终回答： - 用中文。 - 结构清晰。 </think> 基于您的问题和提供的引用内容，我将详细解释软定时器的实现方法。软定时器是一种软件层面的定时机制，它依赖于硬定时器（如硬件中断）来维护一个全局计数器，并基于此生成多个可自定义的定时器实例。软定时器通常用于对时间精度要求不高的场景（如用户界面刷新、后台任务调度），因为其执行可能被中断或高优先级任务打断，导致轻微延迟[^3][^1]。下面我将逐步说明实现方法，确保结构清晰易懂。 ### 软定时器的实现原理软定时器的核心是借助硬定时器（如系统时钟节拍中断）产生一个全局累积计数值（如 `sysTickCount`）。每个软定时器实例维护自己的状态和计数器，当计数器减至0时触发回调函数。实现过程分为以下步骤： 1. **依赖硬定时器基础** 软定时器需要一个硬定时器作为驱动源。硬定时器通常基于硬件（如CPU的TSC或APIC），在固定时间间隔产生中断（例如每1ms中断一次）。在中断服务程序（ISR）中，更新一个全局计数器： ```c volatile uint32_t sysTickCount = 0; // 全局系统滴答计数器 // 硬定时器中断服务程序（简化示例） void SysTick_ISR(void) { sysTickCount++; // 每次中断递增计数器 } ``` 这一步确保有一个稳定的时间基准。硬定时器提供精确的计时，但软定时器通过软件逻辑扩展其功能[^1][^2]。 2. **定义软定时器结构体** 每个软定时器需要存储其配置和状态。基于引用[^4]，软定时器结构体通常包括以下字段： - `state`: 定时器状态（如已启动、已停止）。 - `startDelayTicks`: 初始延时计数值（单位：滴答数）。 - `durationTicks`: 周期计数值（用于重复定时器）。 - `delayTicks`: 当前剩余计数值（从 `startDelayTicks` 开始递减）。 - `timerFunc`: 回调函数指针，定时结束时执行。 - `arg`: 传递给回调函数的参数。 - `config`: 配置标志（如指定在中断或任务上下文中处理）。示例结构体定义（基于引用[^4]）： ```c typedef enum { tTimerCreated, tTimerStarted, tTimerRunning, tTimerStopped, tTimerDestroyed } tTimerState; typedef struct _tTimer { uint32_t startDelayTicks; uint32_t durationTicks; uint32_t delayTicks; void (*timerFunc)(void *arg); void *arg; uint32_t config; // 例如 TIMER_CONFIG_TYPE_SOFT 表示任务中处理 tTimerState state; } tTimer; ``` 3. **初始化软定时器** 创建一个初始化函数来设置软定时器参数。例如： ```c void tTimerInit(tTimer *timer, uint32_t delayTicks, uint32_t durationTicks, void (*timerFunc)(void *arg), void *arg, uint32_t config) { timer->startDelayTicks = delayTicks; timer->durationTicks = durationTicks; timer->delayTicks = delayTicks; // 当前计数初始化为初始延时 timer->timerFunc = timerFunc; timer->arg = arg; timer->config = config; timer->state = tTimerCreated; // 状态设为已创建 } ``` 这里，`delayTicks` 是第一次触发的延时（单位：滴答数），`durationTicks` 是周期触发的间隔（若为0则表示单次定时）。`config` 可指定处理方式：`TIMER_CONFIG_TYPE_HARD`（在中断中处理）或 `TIMER_CONFIG_TYPE_SOFT`（在低优先级任务中处理以减少中断延迟影响）[^4]。 4. **管理软定时器列表** 所有软定时器实例应存储在一个链表或队列中，便于批量更新。在系统初始化时创建此列表： ```c #define MAX_TIMERS 10 tTimer timerList[MAX_TIMERS]; // 简化示例，使用数组存储 uint8_t timerCount = 0; ``` 5. **更新软定时器计数器** 在硬定时器的ISR或一个专用任务中，遍历所有软定时器并更新计数器。推荐在任务上下文中处理（`TIMER_CONFIG_TYPE_SOFT`）以避免中断嵌套问题： ```c void UpdateSoftTimers(void) { for (int i = 0; i < timerCount; i++) { tTimer *timer = &timerList[i]; if (timer->state == tTimerStarted) { if (timer->delayTicks > 0) { timer->delayTicks--; // 递减当前计数 } if (timer->delayTicks == 0) { timer->state = tTimerRunning; timer->timerFunc(timer->arg); // 触发回调函数 if (timer->durationTicks > 0) { timer->delayTicks = timer->durationTicks; // 重置为周期值，用于重复定时 } else { timer->state = tTimerStopped; // 单次定时后停止 } } } } } ``` 此函数应由系统滴答计数器驱动（例如在 `sysTickCount` 更新后调用）。回调函数执行实际任务，如点亮LED或发送数据[^2][^3]。 6. **处理不精确性和优化** 软定时器的误差主要源于中断延迟或被高优先级任务抢占。为减少影响： - 使用 `TIMER_CONFIG_TYPE_SOFT` 在任务中处理回调，避免在ISR中长时间执行。 - 添加误差补偿机制，如在回调中检查实际延迟并调整后续计数。例如，回调函数可记录实际执行时间与预期时间的差值：$ \Delta t = t_{\text{实际}} - t_{\text{预期}} $，并应用于下一次定时[^3]。 ### 完整示例代码以下是一个简化实现，基于引用[^4]和上述原理： ```c #include <stdint.h> // 全局系统滴答计数器（由硬定时器更新） volatile uint32_t sysTickCount = 0; // 软定时器结构体和初始化 typedef enum { tTimerCreated, tTimerStarted, tTimerStopped } tTimerState; typedef struct { uint32_t delayTicks; uint32_t durationTicks; void (*callback)(void*); void* arg; tTimerState state; } SoftTimer; void initSoftTimer(SoftTimer *timer, uint32_t delay, uint32_t duration, void (*cb)(void*), void *arg) { timer->delayTicks = delay; timer->durationTicks = duration; timer->callback = cb; timer->arg = arg; timer->state = tTimerCreated; } void startTimer(SoftTimer *timer) { timer->state = tTimerStarted; } // 在系统滴答任务中调用此函数 void processTimers() { for (int i = 0; i < MAX_TIMERS; i++) { SoftTimer *timer = &timerList[i]; if (timer->state == tTimerStarted && timer->delayTicks > 0) { timer->delayTicks--; if (timer->delayTicks == 0) { timer->callback(timer->arg); // 执行回调 if (timer->durationTicks > 0) { timer->delayTicks = timer->durationTicks; // 重置为周期值 } else { timer->state = tTimerStopped; } } } } } // 示例回调函数 void blinkLED(void *arg) { // 控制LED闪烁 } ``` ### 注意事项 - **精度问题**：软定时器非实时，适用于允许$\pm 1$–$10\text{ms}$误差的场景（如网络协议超时）。高精度需求时使用硬定时器[^1][^3]。 - **资源开销**：多个软定时器会增加CPU负载，需限制数量和更新频率。 - **线程安全**：在多任务系统中，使用互斥锁保护定时器列表。 - **应用场景**：常见于嵌入式系统、RTOS（如FreeRTOS的软件定时器功能）或用户态应用[^2][^4]。通过以上方法，您可以灵活实现软定时器。软定时器的核心优势是节省硬件资源，但需权衡精度[^3]。