software-timer

软件定时器和硬件定时器

1. 硬件定时器：芯片内部的一个独立外设单元（stm32中TIM1等）。
2. 软件定时器：基于系统时钟中断且由软件来模拟的定时器，当经过设定的Tick 时钟计数值后会触发用户定义的回调函数。软件定时器本身基本不占用CPU资源，只有在回调函数被执行时才会用到CPU。

为了启用软件定时器，需要在头文件FreeRTOSConfig.h中设置configUSE_TIMERS的值为1。

回调函数原型：

void ATimerCallback( TimerHandle_t xTimer );

• xTimer是定时器句柄
• 回调函数代码应该尽可能地简短紧凑，并且避免调用FreeRTOS的API函数防止进入阻塞状态。

软件定时器的状态

• 静止状态(Dormant)：处于静止装态的定时器不会执行回调函数，可以通过调用定时器的句柄启用
• 运行状态(Running)：处于运行状态的定时器会在设定的时间间隔（相对于定时器进入运行状态后）到达后调用回调函数。

软件定时器类型

1. 一次性定时器(One-shot timer)：启动后只会执行一次回调函数。

• 一次性定时器会在执行回调函数后进入静止状态
  

2. 自动重载定时器(Auto-reload timer)：周期性执行回调函数。

• 自动重载定时器会在执行回调函数后重新进入运行状态
  

软件定时器实质

软件定时器是由一个系统内核调度器自动生成的时间服务任务(Timer Server Task)来管理。当创建并启动一个软件定时器时，定时器对象会被加入到时间服务任务管理的定时器列表里。时间服务任务会周期性检查这些定时器是否到期，到期则调用你注册的回调函数。
在FreeRTOSConfig.h中相关配置

• configTIMER_TASK_PRIORITY：决定了时间服务任务的运行优先级。优先级越高，定时器到期后回调就能更快被执行。
• configTIMER_TASK_STACK_DEPTH：决定了时间服务任务的栈大小（单位通常是字节或“栈深度”）。

避免在回调函数中调用会阻塞的FreeRTOS api，会阻塞时间服务任务，导致其他定时器无法及时处理，严重时影响系统定时精度甚至死锁。

软件定时器的启动、停止、重置等操作，并不是立即生效，而是通过“命令队列”发送到时间服务任务中去处理。
这个队列的长度由configTIMER_QUEUE_LENGTH决定。

图形化配置界面

Callback选项是由用户实现的回调函数，Type选项可以选择一次性定时器或者自动重载定时器。

FreeRTOS 定时器相关 API 函数说明

1. 创建定时器

TimerHandle_t xTimerCreate( const char * const pcTimerName,
                           TickType_t xTimerPeriodInTicks,
                           UBaseType_t uxAutoReload,
                           void * pvTimerID,
                           TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction )

• 功能：创建定时器。
• 参数说明：
  • pcTimerName：定时器的名称，仅用于调试。
  • xTimerPeriodInTicks：定时器的周期（以tick为单位），可用pdMS_TO_TICKS()宏将毫秒转换为tick。
  • uxAutoReload：设为pdTRUE时为自动重载定时器，pdFALSE为一次性定时器。
  • pvTimerID：定时器的ID，可用于用户自定义目的。
  • pxCallbackFunction：定时器到期时执行的回调函数。
• 返回值：
  • 非NULL表示创建成功；
  • NULL表示创建失败。

2. 启动定时器

BaseType_t xTimerStart( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait )

• 功能：启动定时器。
• 参数说明：
  • xTimer：要启动的定时器句柄。
  • xTicksToWait：如果命令队列已满，最多等待多少tick。
• 返回值：
  • pdPASS表示启动成功；
  • pdFALSE表示失败。

3. 设置定时器ID

void vTimerSetTimerID( const TimerHandle_t xTimer, void *pvNewID )

• 功能：设置定时器的pvTimerID属性。
• 参数说明：
  • xTimer：定时器句柄。
  • pvNewID：要设置的新ID值。

4. 获取定时器ID

void *pvTimerGetTimerID( TimerHandle_t xTimer )

• 功能：获取定时器的pvTimerID属性。
• 参数说明：
  • xTimer：定时器句柄。
• 返回值：pvTimerID的值。

5. 改变定时器周期

BaseType_t xTimerChangePeriod( TimerHandle_t xTimer, 
                              TickType_t xNewTimerPeriodInTicks,
                              TickType_t xTicksToWait )

• 功能：改变定时器的运行周期。
• 参数说明：
  • xTimer：定时器句柄。
  • xNewTimerPeriodInTicks：新的定时器周期（tick），可用pdMS_TO_TICKS()转换。
  • xTicksToWait：如果命令队列已满，最多等待多少tick。
• 返回值：
  • pdPASS表示成功；
  • pdFALSE表示失败。

6. 重置定时器

BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait )

• 功能：重置定时器，重新开始计时。
• 参数说明：
  • xTimer：定时器句柄。
  • xTicksToWait：如果命令队列已满，最多等待多少tick。
• 返回值：
  • pdPASS表示成功；
  • pdFALSE表示失败。

定时器ID作用

• 多个定时器共用同一个回调函数时，可以通过ID判断当前是哪个定时器触发
• pvTimerID 是一个 void* 指针，可以指向任何类型的数据结构，如整型、结构体、数组等。可以在回调函数里获得上下文信息（如相关任务句柄、设备句柄、状态数据等）

void vTimerCallback(TimerHandle_t xTimer){
void *pvID = pvTimerGetTimerID(xTimer);
// 根据ID做不同的操作
}