个人笔记--FreeRTOS软件定时器

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FreeRTOS软件定时器

简介

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。

硬件定时器：芯片本身提供的定时器，外部晶振输入提供时钟，通常精度高、中断触发方式

软件定时器：是由操作系统提供的一类系统接口，构建在硬件定时器的基础上，使系统能够提供不受硬件定时器的资源限制的定时器服务，实现的功能与硬件定时器类似。

软硬定时器使用区别：使用硬件定时器时，定时时间到达后会触发中断，用户在中断中处理信息；使用软件定时器时，需要在创建定时器时指定时间到达后要调用的函数（也称作超时函数/回调函数），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，回调函数中不能有任何阻塞任务运行的情况

FreeRTOS定时器功能上的支持

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
单次模式和周期模式
- 单次模式：启动后，定时时间到后，只执行一次回调函数，之后该定时器删除，不再执行
- 周期模式：启动后，根据定时时间周期性的执行回调函数，直到用户将定时器删除。

软件定时器应用场景

硬件定时器资源不足，对定时精度要求不高的任务。比如可以定时闪烁LED灯作为工作状态指示灯。

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，类似人的心跳，1秒能跳动多少下。

系统节拍配置为configTICK_RATE_HZ，该宏在 FreeRTOSConfig.h 中有定义，默认是 1000。表示1秒钟跳动1000下，每跳动一下即为1ms。

软件定时器的所定时数值必须是节拍周期的整数倍，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，系统节拍周期值越小，精度越高，但是系统开销也越大。

软件定时器运作机制

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。FreeRTOS的软件定时器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。

使用软件定时器需要注意几点

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。

软件定时器函数接口

软件定时器的功能是在定时器任务中实现的，（定时器任务在开启任务调度器时由内核自动创建），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，且应用程序不能直接访问，其消息队列的长度由宏configTIMER_QUEUE_LENGTH定义。

软件定时器任务：在开启任务调度时创建，可以通过系统裁剪决定是否使用此任务。

软件定时器是一个任务，在下一个定时器到了之前的这段时间，系统要把任务状态转移为阻塞态，让其他的任务能正常运行，这样子就使得系统的资源能充分利用。

软件定时器任务的处理很简单，如果当前有软件定时器在运行，那么它大部分的时间都在等待定时器到期时间的到来，或者在等待对软件定时器操作的命令，而如果没有软件定时器在运行，那定时器任务的绝大部分时间都在阻塞中等待定时器的操作命令

软件定时器动态创建函数 xTimerCreate( )，每个软件定时器只需要很少的RAM空间，创建成功后处于休眠状态，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。

/*-------------------------------------------------------------------------------------------
	软件定时器创建函数
	pcTimerName：软件定时器名字，文本形式，纯粹是为了调试（FreeRTOS使用定时器时通过句柄，而不是名字）
	xTimerPeriodInTicks：软件定时器的周期，单位为系统节拍周期（即 tick）
	uxAutoReload：设置为pdTURE使用周期模式，设置pdFALSE使用单次模式
	pvTimerID：软件定时器ID，数字形式
	pxCallbackFunction：软件定时器的回调函数（用户自己实现）
	返回值是一个TimerHandle_t类型的句柄
----------------------------------------------------------------------------------------------*/
TimerHandle_t xTimerCreate(const char * const pcTimerName,const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
const UBaseType_t uxAutoReload,void * const pvTimerID,TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction )
    
使用实例
static TimerHandle_t  Swtmr1_Handle = NULL;//软件定时器句柄
Swtmr1_Handle = xTimerCreate((const char*)"AutoReloadTimer",
                            (TickType_t)1000,/* 定时器周期 1000(tick) */
                            (UBaseType_t)pdTRUE,/* 周期模式 */
                            (void* )1,/* 为每个计时器分配一个索引的唯一 ID */
                            (TimerCallbackFunction_t)Swtmr1_Callback); /* 回调函数 */);
if(Swtmr1_Handle != NULL)
{
    printf("软件定时器1创建成功\r\n");
    xTimerStart(Swtmr1_Handle,0);	//开启周期定时器
}

static void Swtmr1_Callback(void* parameter)
{
    //软件定时器的回调函数，用户自己实现
}

软件定时器启动函数 xTimerStart( )

软件定时器在创建完成时是处于休眠状态，需要用相关API函数进行启动。系统开始调度时会自动创建一个定时器任务_prvTimerTask( )_，刚开始没有运行的定时器，此任务处于阻塞状态，定时器启动函数是通过定时器命令队列向定时器发送一个启动命令，定时器任务获得命令后解除阻塞，然后执行启动软件定时器命令。

/*------------------------------------------------------------------------------------------------
	软件定时器启动函数
	xTimer:要操作的软件定时器句柄
	xTicksToWait：软件定时器启动命令
	返回值：成功pdPASS，失败pdFALSE
-------------------------------------------------------------------------------------------------*/
BaseType_t xTimerStart( xTimer, xTicksToWait );

软件定时器启动函数 xTimerStartFromISR( ) (中断中调用)

/*------------------------------------------------------------------------------------------------
	软件定时器启动函数
	xTimer:要操作的软件定时器句柄
	pxHigherPriorityTaskWoken：判断退出中断后是否要进行任务切换
	返回值：成功pdPASS，失败pdFALSE
-------------------------------------------------------------------------------------------------*/
BaseType_t xTimerStartFromISR( xTimer, pxHigherPriorityTaskWoken )

软件定时器停止函数 xTimerStop( )

用来停止一个已经启动的软件定时器，同样是通过发送通知命令实现。

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------
	软件定时器停止函数
	xTimer：软件定时器句柄
	xBlockTime：用户指定超时时间
-------------------------------------------------------------------------------------------------*/
BaseType_t xTimerStop( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xBlockTime );

//使用实例
static TimerHandle_t Swtmr1_Handle =NULL; //软件定时器句柄
/* 周期模式的软件定时器 1,定时器周期 1000(tick)*/
Swtmr1_Handle=xTimerCreate((const char* )"AutoReloadTimer",
						(TickType_t )1000,					//定时器周期 1000(tick)
						(UBaseType_t )pdTRUE,				//周期模式
						(void*)1,							//为每个计时器分配一个索引的唯一 ID
						(TimerCallbackFunction_t)Swtmr1_Callback);//回调函数

if (Swtmr1_Handle != NULL)
{
    /**************************************************************************************
            xTicksToWait:如果在调用 xTimerStart()时队列已满，则以 tick 为单位指定调用任务应保持
            在 Blocked(阻塞)状态以等待 start 命令成功发送到 timer 命令队列的时间。
            如果在启动调度程序之前调用 xTimerStart()，则忽略 xTicksToWait。在这里设置等待时间为 0.
     **************************************************************************************/
	xTimerStart(Swtmr1_Handle,0); //开启周期定时器 
}

static void test_task(void* parameter)
{
	while (1) 
    {
		/* 用户自己实现任务代码 */
		xTimerStop(Swtmr1_Handle,0); //停止定时器 
	}
}

软件定时器停止函数 xTimerStopFromISR( )(中断中调用)

用来停止一个已经启动的软件定时器，同样是通过发送通知命令实现。

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------
	软件定时器停止函数
	xTimer：软件定时器句柄
	pxHigherPriorityTaskWoken：用来判断退出中断前是否进行任务切换
	返回值：成功pdPASS，失败pdFALSE
-------------------------------------------------------------------------------------------------*/
BaseType_t xTimerStopFromISR(TimerHandle_t xTimer, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);

软件定时器删除函数 xTimerDelete( )

用于删除一个已经被创建成功的软件定时器，删除之后就无法使用该定时器，并且定时器相应的资源也会被系统回收释放。

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------
	软件定时器删除函数
	xTimer：软件定时器句柄
	xTicksToWait：用户指定的超时时间
	返回值：成功pdPASS，失败pdFALSE
-------------------------------------------------------------------------------------------------*/
xTimerDelete( xTimer, xTicksToWait )

FreeRTOS软件定时器的笔记总计完毕，以后有新的认识会继续更新此笔记—2020-11-28