FreeRTOS操作系统学习——软件定时器

软件定时器介绍

软件定时器允许设置一段时间，当设置的时间到达之后就执行指定的功能函数，被定时器调用的这个功能函数叫做定时器的回调函数。回调函数的两次执行间隔叫做定时器的定时周期，简而言之，当定时器的定时周期到了以后就会执行回调函数。

回调函数的注意事项：

软件定时器的回调函数是在定时器服务任务中执行的，所以一定不能在回调函数中调用任何会阻塞任务的API函数！比如，定时器回调函数中千万不能调用vTaskDelay()、vTaskDelayUnti()，还有一些访问队列或者信号量的非零阻塞时间的API函数也不能调用。

定时器函数执行原理

软件定时器是基于Tick来运行，但是不是在Tick中断中执行定时器函数，而是在RTOS守护任务中执行（RTOS Damemon Task）。当FreeRTOS的配置项configUSE_TIMERS被设置为1时，在启动调度器时，会自动创建RTOS Damemon Task。我们自己编写的任务函数要使用定时器时，是通过"定时器命令队列"(timer commandqueue)和守护任务交互，如下图所示：

守护任务的优先级为： configTIMER_TASK_PRIORITY ；定时器命令队列的长度为configTIMER_QUEUE_LENGTH

注意：假设定时器在后续某个时刻 tX 超时了，超时时间是"tX-t2"，而非"tXt4"，从 xTimerStart()函数被调用时算起。

注意，定时器的超时时间是基于调用xTimerStart()的时刻tX，而不是基于守护任务处理命令的时刻tY。假设超时时间是10个Tick，超时时间是"tX+10"，而非"tY+10"。

软件定时器使用

创建

要使用定时器，需要先创建它，得到它的句柄。

有两种方法创建定时器：动态分配内存、静态分配内存。函数原型如下：

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/* 使用动态分配内存的方法创建定时器
* pcTimerName:定时器名字, 用处不大, 尽在调试时用到
* xTimerPeriodInTicks: 周期, 以 Tick 为单位
* uxAutoReload: 类型, pdTRUE 表示自动加载, pdFALSE 表示一次性
* * pvTimerID: 回调函数可以使用此参数, 比如分辨是哪个定时器
* pxCallbackFunction: 回调函数
* 返回值: 成功则返回 TimerHandle_t, 否则返回 NULL
*/
TimerHandle_t xTimerCreate
(
const char * const pcTimerName,
const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
const UBaseType_t uxAutoReload,
void * const pvTimerID,
TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction 
);
/* 使用静态分配内存的方法创建定时器
* pcTimerName:定时器名字, 用处不大, 尽在调试时用到
* xTimerPeriodInTicks: 周期, 以 Tick 为单位
* uxAutoReload: 类型, pdTRUE 表示自动加载, pdFALSE 表示一次性
* pvTimerID: 回调函数可以使用此参数, 比如分辨是哪个定时器
* pxCallbackFunction: 回调函数
* pxTimerBuffer: 传入一个 StaticTimer_t 结构体, 将在上面构造定时器
* 返回值: 成功则返回 TimerHandle_t, 否则返回 NULL
*/
TimerHandle_t xTimerCreateStatic(
const char * const pcTimerName,
TickType_t xTimerPeriodInTicks,
UBaseType_t uxAutoReload,
void * pvTimerID,
TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction,
StaticTimer_t *pxTimerBuffer 
);
//回调函数的类型是：
void ATimerCallback( TimerHandle_t xTimer );
typedef void (* TimerCallbackFunction_t)( TimerHandle_t xTimer );

删除

动态分配的定时器，不再需要时可以删除掉以回收内存。删除函数原型如下：

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/* 删除定时器
* xTimer: 要删除哪个定时器
* xTicksToWait: 超时时间
* 返回值: pdFAIL 表示"删除命令"在 xTicksToWait 个 Tick 内无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerDelete( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );

定时器的很多 API 函数，都是通过发送"命令"到命令队列，由守护任务来实现。如果队列满了， "命令"就无法即刻写入队列。我们可以指定一个超时时间xTicksToWait，等待一会。

启动/停止

启动定时器就是设置它的状态为运行态(Running、 Active)。

停止定时器就是设置它的状态为冬眠(Dormant)，让它不能运行。

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/* 启动定时器
* xTimer: 哪个定时器
* xTicksToWait: 超时时间
* 返回值: pdFAIL 表示"启动命令"在 xTicksToWait 个 Tick 内无法写入队列
* * pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerStart( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );
/* 启动定时器(ISR 版本)
* xTimer: 哪个定时器
* pxHigherPriorityTaskWoken: 向队列发出命令使得守护任务被唤醒,
* 如果守护任务的优先级比当前任务的高,
* 则"*pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE",
* 表示需要进行任务调度
* 返回值: pdFAIL 表示"启动命令"无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerStartFromISR( TimerHandle_t xTimer,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
/* 停止定时器
* xTimer: 哪个定时器
* xTicksToWait: 超时时间
* 返回值: pdFAIL 表示"停止命令"在 xTicksToWait 个 Tick 内无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerStop( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );
/* 停止定时器(ISR 版本)
* xTimer: 哪个定时器
* * pxHigherPriorityTaskWoken: 向队列发出命令使得守护任务被唤醒,
* 如果守护任务的优先级比当前任务的高,
* 则"*pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE",
* 表示需要进行任务调度
* 返回值: pdFAIL 表示"停止命令"无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerStopFromISR( TimerHandle_t xTimer,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

注意：xTicksToWait不是定时器本身的超时时间，不是定时器本身的"周期"。创建定时器时，设置了它的周期(period)。 xTimerStart()函数是用来启动定时器。假设调用xTimerStart()的时刻是tX，定时器的周期是n，那么在tX+n时刻定时器的回调函数被调用。如果定时器已经被启动，但是它的函数尚未被执行，再次执行xTimerStart()函数相当于执行xTimerReset()，重新设定它的启动时间。

复位

从定时器的状态转换图可以知道，使用 xTimerReset()函数可以让定时器的状态从冬眠态转换为运行态，相当于使用 xTimerStart()函数。

如果定时器已经处于运行态，使用xTimerReset()函数就相当于重新确定超时时间。假设调用xTimerReset()的时刻是tX，定时器的周期是n，那么tX+n就是重新确定的超时时间。

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/* 复位定时器
* xTimer: 哪个定时器
* xTicksToWait: 超时时间
* 返回值: pdFAIL 表示"复位命令"在 xTicksToWait 个 Tick 内无法写入队列
* * pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );
/* 复位定时器(ISR 版本)
* xTimer: 哪个定时器
* pxHigherPriorityTaskWoken: 向队列发出命令使得守护任务被唤醒,
* 如果守护任务的优先级比当前任务的高,
* 则"*pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE",
* 表示需要进行任务调度
* 返回值: pdFAIL 表示"停止命令"无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerResetFromISR( TimerHandle_t xTimer,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

修改周期

从定时器的状态转换图可以知道，使用 xTimerChangePeriod()函数，处理能修改它的

周期外，还可以让定时器的状态从冬眠态转换为运行态。修改定时器的周期时，会使用新的周期重新计算它的超时时间。假设调用xTimerChangePeriod()函数的时间tX，新的周期是n，则tX+n就是新的超时时间。

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/* 修改定时器的周期
* xTimer: 哪个定时器
* xNewPeriod: 新周期
* xTicksToWait: 超时时间, 命令写入队列的超时时间
* * 返回值: pdFAIL 表示"修改周期命令"在 xTicksToWait 个 Tick 内无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerChangePeriod( TimerHandle_t xTimer,
TickType_t xNewPeriod,
TickType_t xTicksToWait );
/* 修改定时器的周期
* xTimer: 哪个定时器
* xNewPeriod: 新周期
* pxHigherPriorityTaskWoken: 向队列发出命令使得守护任务被唤醒,
* 如果守护任务的优先级比当前任务的高,
* 则"*pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE",
* 表示需要进行任务调度
* 返回值: pdFAIL 表示"修改周期命令"在 xTicksToWait 个 Tick 内无法写入队列
* pdPASS 表示成功
*/
BaseType_t xTimerChangePeriodFromISR( TimerHandle_t xTimer,
TickType_t xNewPeriod,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

定时器ID

定时器的结构体如下，里面有一项 pvTimerID，它就是定时器 ID。它的初始值在创建定时器时由xTimerCreate()这类函数传入，后续可以使用这些函数来操作：

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/* 获得定时器的 ID
* xTimer: 哪个定时器
* 返回值: 定时器的 ID
*/
void *pvTimerGetTimerID( TimerHandle_t xTimer );
/* 设置定时器的 ID
* xTimer: 哪个定时器
* pvNewID: 新 ID
* * 返回值: 无
*/
void vTimerSetTimerID( TimerHandle_t xTimer, void *pvNewID );