RT-Thread定时器

定时器管理

定时器超时函数

定时器管理接口

创建定时器

删除定时器

初始化定时器

脱离定时器

启动定时器

停止定时器

控制定时器

定时器执行上下文

定时器管理

定时器，是指从指定的时刻开始，经过一个指定的时间，然后触发一个事件，类似定个时间提醒第二天能够按时起床，定时器有软件定时器和硬件定时器之分；

硬件定时器是芯片本身提供的定时功能。一般是由外部晶振提供给芯片输入时钟，芯片向软件模块提供一组配置寄存器，接受控制输入，到达设定时间值后芯片中断控制器产生时钟中断。硬件定时器的精度一般很高，可以达到纳秒级别，并且是中断触发方式。
软件定时器是由操作系统提供的一类系统接口（函数），它在构建硬件定时器基础之上，使系统能够提供不受数目限制的定时器服务。

在操作系统中，通常软件定时器以系统节拍（tick）为单位。节拍长度指的是周期性硬件定时器两次中断间的间隔时间长度。这个周期性硬件定时器也称之为操作系统时钟。软件定时器以这个节拍时间长度为单位，数值必须是这个节拍的整数倍，例如节拍是10ms，那么上层软件定时器只能是10ms,20ms,100ms等，而不能取值为15ms。由于节拍定义了系统中定时器能够分辨的精度，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，tick值设置越小，精度越高，但是系统开销也将越大（在1S中系统用于处理时钟中断的次数也就越多）。RT-Thread的定时器也基于类似的系统节拍，提供了基于节拍整数倍的定时能力。

RT-Thread的定时器提供两类定时器机制，第一类是单次触发定时器，这类定时器在启动之后只会触发一次定时器，然后定时器自动停止，第二类是周期性触发定时器，这类定时器会周期性得分触发定时事件，直到用户手动的停止定时器，否则将永远的持续执行下去。

下面以一个实际代码来说明RT-Thread软件定时器的基本工作原理，在RT-Thread定时器模块中维护着这两个重要的全局变量：

当前系统经过的tick时间rt_tick（当硬件定时器中断来临时，它将加1）
定时器链表rt_time_list。系统新创建并激活的定时器都会按照以超时时间排序的方式插入到rt_time_list链表中

如下图示，系统当前的tick值为20，在当前系统中已经创建并启动了三个定时器，分别是定时时间为50个tick的Timer1、100个tick的Timer2和500个tick的Timer3，这三个定时器分别加上系统当前时间rt_tick=20,从小到大排序链接在rt_timer_list链表中，形成如下图示的定时器链表结构

而rt_tick随着硬件定时器的触发一直在增长（每次硬件定时器中断来临，rt_tick变量会加1），50个tick以后，rt_tick从20增长到70，与Timer1的timeout值相等，这时会触发与Timer1定时器相关的超时函数，同时将Timer1从rt_timer_list链表上删除，同理100个tick和500个tick过去后，与Timer2和Timer3相关联的超时函数会被触发，接着将Timer2和Timer3定时器相关联的超时函数会被触发，接着将Time2和Timer3定时器从rt_timer_list链表中删除

如果系统当前定时器状态在10个tick以后（rt_tick=30）有一个任务创建了一个tick值为300的Timer4定时器，由于Timer4定时器的timeout=rt_tick+300=330，因此它将被插入到Timer2和Timer3定时器的中间，形成如图所示的链表结构

定时器超时函数

软定时器最主要的目的是在经过设定的时间后，系统能够自动执行用户设定的动作。当定时器设定的时间到了，即超时时，执行的动作函数称之为定时器的超市函数。与线程不同的是，超市函数的执行上下文环境并未显式给出。

在RT-Thread实时操作系统中，定时器超时函数存在着两种情况：

超时函数在（系统时钟）中断上下文环境中执行
超时函数在线程的上下文环境中执行

如果超时函数是在中断上下文环境中执行，显然对于超时函数的要求与中断服务例程的要求相同，执行时间尽量短，执行时不应导致当前上下文挂起，等待。例如在中断上下文中执行的超时函数不应该试图去申请动态内存、释放动态内存等（其中一个就包括rt_timer_delete函数调用）。

而在超时函数在线程上下文中执行，则不会有这个限制，但是通常也要求超时函数执行时间应该尽量短，而不影响到其他定时器或本次定时器的下一次周期性超时，这两种情况在RT-Thread定时器控制块中分别使用参数：RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER和RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER指定，HARD_TIMER代表的是定时器超时函数执行上下文是在中断上下文中执行，SOFT_TIMER代表的是定时器函数执行的上下文是timer线程（在rtconfig.h头文件中定义宏RT_USING_TIMER_SOFT使得timer线程能被使用）

定时器管理控制块’

struct rt_timer
{struct rt_object parent;                            /**< inherit from rt_object */rt_list_t        row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL];void (*timeout_func)(void *parameter);              /**< timeout function */void            *parameter;                         /**< timeout function's parameter */rt_tick_t        init_tick;                         /**< timer timeout tick */rt_tick_t        timeout_tick;                      /**< timeout tick */
};

定时器控制块由struct rt_timer结构体定义，并形成定时器内核对象再链接到内核对象容器中进行管理。list成员则用户把一个激活的（已经启动的）定时器链接到rt_timer_list链表中。

定时器管理接口

定时器管理系统初始化

初始化定时器管理系统，可以通过下面的接口函数实现：

void rt_system_timer_init(void)
{int i;for (i = 0; i < sizeof(rt_timer_list) / sizeof(rt_timer_list[0]); i++){rt_list_init(rt_timer_list + i);}
}

上面的使用的是硬件定时器初始化，如果要使用SOFT_TIMER，则系统初始化时，应该调用下面的接口：

void rt_system_timer_thread_init(void)
{
#ifdef RT_USING_TIMER_SOFTint i;for (i = 0;i < sizeof(rt_soft_timer_list) / sizeof(rt_soft_timer_list[0]);i++){rt_list_init(rt_soft_timer_list + i);}/* start software timer thread */rt_thread_init(&timer_thread,"timer",rt_thread_timer_entry,RT_NULL,&timer_thread_stack[0],sizeof(timer_thread_stack),RT_TIMER_THREAD_PRIO,10);/* startup */rt_thread_startup(&timer_thread);
#endif
}

创建定时器

动态创建一个定时器：

rt_timer_t rt_timer_create(const char *name,void (*timeout)(void *parameter),void       *parameter,rt_tick_t   time,rt_uint8_t  flag)

参数

const char*name : 定时器的名称

void (timeout)(void parameter)：定时器超时函数指针（定时器超时时，系统会调用这个函数）

void *parameter：定时器超时函数的入口参数（当定时器超时时，调用超时回调函数会把这个参数做为入口参数传递给超时函数）

rt_tick_t time:定时器的超时函数，单位是系统节拍

rt_uint8_t flag：定时器创建时的参数，支持的值包括（可以用或关系取多个值）

rt_def.h中定义了一些定时器相关的宏：

#define RT_TIMER_FLAG_DEACTIVATED 0x0 /* 定时器为非激活态 */
#define RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED 0x1 /* 定时器为激活状态 */
#define RT_TIMER_FLAG_ONE_SHOT 0x0 /* 单次定时 */
#define RT_TIMER_FLAG_PERIODIC 0x2 /* 周期定时 */
#define RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER 0x0 /* 硬件定时器 */
#define RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER 0x4 /* 软件定时器 */

当指定的flag为RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER时，如果定时器超时，定时器的回调函数将在时钟中断的服务例程上下文调用，当指定的flag为RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER，如果定时器超时，定时器的回调函数将在系统时钟timer线程的上下文中被调用。

函数返回：如果定时器创建成功，返回定时器句柄，否则返回失败RT_NULL。

删除定时器

系统不在使用特定定时器，可以使用下面的函数接口

rt_err_t rt_timer_delete(rt_timer_t timer)

调用后，系统会把这个定时器从rt_timer_list链表中删除，然后释放相应的定时器控制块占有的内存。

初始化定时器

void rt_timer_init(rt_timer_t  timer,const char *name,void (*timeout)(void *parameter),void       *parameter,rt_tick_t   time,rt_uint8_t  flag)

当选择静态创建定时器时，可利用rt_timer_init()来初始化该定时器，函数会初始化相应的定时器控制块和定时器名称，超时函数等。

当指定的flag为RT_IMER_FLAG_HARD_TIMER时，如果定时器超时，定时器的回调函数

将在时钟中断的服务例程上下文中被调用；当指定的flag为RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER

时，如果定时器超时，定时器的回调函数将在系统时钟timer线程的上下文中被调用。

脱离定时器

rt_err_t rt_timer_detach(rt_timer_t timer)

脱离定时器，系统会把定时器对象从系统容器链表中删除，但是定时器对象所占有的内存不被释放。

启动定时器

rt_err_t rt_timer_start(rt_timer_t timer)

当定时器创建之后或者初始化之后，并不会被立即启动，必须在调用启动定时器函数接口后，才开始工作。调用定时器启动函数之后，定时器的状态将更改为激活状态（RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED),并按照超时顺序插入到rt_timer_list链表中。

停止定时器

rt_err_t rt_timer_stop(rt_timer_t timer)

调用定时器停止函数接口后，定时器状态将更改为停止状态，并从rt_timer_list链表中脱离出来不参与定时器超时检查。当一个（周期性）定时器超时时，也可以调用这个函数接口停止这个（周期性）定时器本身。

控制定时器

/*** This function will get or set some options of the timer** @param timer the timer to be get or set* @param cmd the control command* @param arg the argument** @return RT_EOK*/
rt_err_t rt_timer_control(rt_timer_t timer, int cmd, void *arg)
{