zephyr笔记 2.2.2 定时器

最新推荐文章于 2025-07-25 13:08:22 发布

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本文介绍了Zephyr操作系统中的定时器概念、关键属性及使用方法。详细解释了如何定义、初始化、启动和读取定时器状态，以及如何利用定时器进行同步操作。此外还提供了一些实用的代码示例。

1 前言

计时器是一个内核对象，它使用内核的系统时钟来度量时间的流逝。当达到定时器的指定时间限制时，它可以执行应用程序定义的操作，或者它可以简单地记录到期并等待应用程序读取其状态。

我正在学习 Zephyr，一个很可能会用到很多物联网设备上的操作系统，如果你也感兴趣，可点此查看帖子zephyr学习笔记汇总。

2 概念

可以定义任意数量的定时器。每个定时器都由地址引用。

计时器具有以下关键属性：

duration，指定定时器到期前的持续时间，以毫秒为单位。它必须大于零。
period ，指定定时器到期后的时间间隔（以毫秒为单位）。它必须是非负的。零周期意味着定时器是一次性定时器，在一次到期后停止。（例如，如果一个定时器的启动持续时间为200，周期为75，它将首先持续200ms，然后再75ms后重复。）
expiry function，每当计时器到期时执行一次到期函数。该功能由系统时钟中断处理程序执行。如果不需要到期函数，则可以指定NULL函数。
stop function，如果定时器在运行时过早停止，则执行停止功能。该函数由停止定时器的线程执行。如果不需要停止功能，则可以指定NULL功能。
status，状态值，指示自从状态值上次读取以来定时器已经过期的次数。

定时器必须在使用前初始化。这指定了其到期函数和停止函数值，将定时器的状态设置为零，并使定时器进入停止状态。

定时器通过指定持续时间和周期来启动。定时器的状态被重置为零，然后定时器进入运行状态并开始到期的倒计时。

当一个正在运行的定时器到期时，它的状态会增加，如果存在到期函数的话会执行到期函数; 如果一个线程正在等待定时器，它将被解除阻塞。如果定时器的周期为零，则定时器进入停止状态; 否则定时器会以等于其周期的新持续时间重新启动。

如果需要，正在运行的计时器可以在倒计时期间中止。定时器的状态保持不变，然后定时器进入停止状态并执行其停止函数（如果存在）。如果一个线程正在等待定时器，它将被解除阻塞。试图停止不运行的计时器是允许的，但它对定时器没有影响，因为它已经停止。

如果需要，正在运行的定时器可以在倒数计时器中重新启动。定时器的状态重置为零，然后定时器使用调用者指定的新的持续时间和周期值开始倒计时。如果一个线程正在等待定时器，它将继续等待。

可以随时直接读取定时器的状态，以确定定时器自上次读取状态以来已经过了多少次。读定时器的状态会将其值重置为零。定时器到期之前剩余的时间量也可以读取;值为零表示定时器已停止。

线程可以通过与定时器同步来间接读取定时器的状态。这会阻塞线程，直到定时器的状态为非零（表示它至少已经过期）或定时器停止;如果定时器状态已经非零或定时器已经停止，则线程继续而不等待。同步操作返回定时器的状态并将其重置为零。

注意：由于读取状态（直接或间接）会改变其值，因此只有一个用户应该检查任何给定定时器的状态。 同样，一次只有一个线程应该与给定的定时器同步。ISR不允许与定时器同步，因为ISR不允许被阻塞。

3 定时器限制

由于定时器基于系统时钟，因此使用定时器时指定的延迟值为最小值。（请参阅zephyr笔记 2.2.1 内核时钟中的时钟限制章节。）

4 操作

4.1 定义一个计时器

定时器使用 struct k_timer 类型的变量来定义。它必须通过调用 k_timer_init() 来初始化。

以下代码定义并初始化一个计时器。

struct k_timer my_timer;
extern void my_expiry_function(struct k_timer *timer_id);

k_timer_init(&my_timer, my_expiry_function, NULL);

或者，可以通过调用K_TIMER_DEFINE在编译时定义和初始化计时器。

以下代码与上面的代码段具有相同的效果。

K_TIMER_DEFINE(my_timer, my_expiry_function, NULL);

4.2 使用定时器到期函数

以下代码使用计时器定期执行重要操作。由于所需工作不能在中断级完成，因此计时器的到期函数将工作项提交给系统工作队列，该工作队列的线程执行工作。

void my_work_handler(struct k_work *work)
{
    /* do the processing that needs to be done periodically */
    ...
}

K_WORK_DEFINE(my_work, my_work_handler);

void my_timer_handler(struct k_timer *dummy)
{
    k_work_submit(&my_work);
}

K_TIMER_DEFINE(my_timer, my_timer_handler, NULL);

...

/* start periodic timer that expires once every second */
k_timer_start(&my_timer, K_SECONDS(1), K_SECONDS(1));

4.3 读取计时器状态

以下代码直接读取计时器的状态以确定计时器是否已过期。

K_TIMER_DEFINE(my_status_timer, NULL, NULL);

...

/* start one shot timer that expires after 200 ms */
k_timer_start(&my_status_timer, K_MSEC(200), 0);

/* do work */
...

/* check timer status */
if (k_timer_status_get(&my_status_timer) > 0) {
    /* timer has expired */
} else if (k_timer_remaining_get(&my_status_timer) == 0) {
    /* timer was stopped (by someone else) before expiring */
} else {
    /* timer is still running */
}

4.4 使用定时器状态同步

以下代码执行定时器状态同步以允许线程执行有用的工作，同时确保一对协议操作按指定的时间间隔分隔。

K_TIMER_DEFINE(my_sync_timer, NULL, NULL);

...

/* do first protocol operation */
...

/* start one shot timer that expires after 500 ms */
k_timer_start(&my_sync_timer, K_MSEC(500), 0);

/* do other work */
...

/* ensure timer has expired (waiting for expiry, if necessary) */
k_timer_status_sync(&my_sync_timer);

/* do second protocol operation */
...

注意：如果线程没有其他工作要做，它可以简单地在两个协议操作之间休眠，而不使用定时器。

5 建议用法

使用定时器在指定的时间后启动异步操作。

使用计时器确定是否已经过了指定的时间量。

使用计时器执行其他工作，同时执行涉及时间限制的操作。

注意：如果一个线程在等待时间通过时没有其他工作要执行，它应该调用k_sleep() 。 如果线程需要测量执行操作所需的时间，它可以直接读取系统时钟或硬件时钟，而不是使用定时器。

6 配置选项

无

7 APIs

下列定时器API，都在 kernel.h 中提供了：

K_TIMER_DEFINE
k_timer_init()
k_timer_start()
k_timer_stop()
k_timer_status_get()
k_timer_status_sync()
k_timer_remaining_get()