程序師世界是廣大編程愛好者互助、分享、學習的平台,程序師世界有你更精彩!
首頁
編程語言
C語言|JAVA編程
Python編程
網頁編程
ASP編程|PHP編程
JSP編程
數據庫知識
MYSQL數據庫|SqlServer數據庫
Oracle數據庫|DB2數據庫
 程式師世界 >> 編程語言 >> C語言 >> C++ >> C++入門知識 >> rt-thread的定時器管理源碼分析

rt-thread的定時器管理源碼分析

編輯:C++入門知識

1 前言 rt-thread可以采用軟件定時器或硬件定時器來實現定時器管理的,所謂軟件定時器是指由操作系統提供的一類系統接口,它構建在硬件定時器基礎之上,使系統能夠提供不受數目限制的定時器服務。而硬件定時器是芯片本身提供的定時功能。一般是由外部晶振提供給芯片輸入時鐘,芯片向軟件模塊提供一組配置寄存器,接受控制輸入,到達設定時間值後芯片中斷控制器產生時鐘中斷。硬件定時器的精度一般很高,可以達到納秒級別,並且是中斷觸發方式。軟件定時器的精度取決於它使用的硬件定時器精度。而rt-thread操作系統在默認情況下是采用的硬件定時器的方式,用戶可以通過修改宏定義#ifdef RT_USING_TIMER_SOFT來修改采用哪種。 2 rt-thread的定時器的基本工作原理 在RT-Thread定時器模塊維護兩個重要的全局變量,一個是當前系統的時間rt_tick(當硬件定時器中斷來臨時,它將加1),另一個是定時器鏈表rt_timer_list,系統中新創建的定時期都會被以排序的方式插入到rt_timer_list(硬件定時器模式下使用)鏈表中,rt_timer_list的每個節點保留了一個定時器的信息,並且在這個節點加入鏈表時就計算好了產生時間到達時的時間點,即tick,在rt-thread系統中如果采用軟件定時器模式,則存在一定時器線程rt_thread_timer_entry,不斷獲取當前TICK值並與定時器鏈表rt_timer_list上的定時器對比判斷是否時間已到,一旦發現就調用對應的回調函數,即事件處理函數進行處理,而如果采用硬件定時器管理模式的話,則該檢查過程放到系統時鐘中斷例程中進行處理,此時,是不存在定時器線程的。如下圖:注:如果采用軟件定時器軟件定時器,則該定時器鏈表為rt_soft_timer_list。 3 源碼分析 3.1 數據定義 [cpp]  /**   * timer structure   */   struct rt_timer   {       struct rt_object parent; //內核對象          rt_list_t        list;      //鏈表節點          void (*timeout_func)(void *parameter);  //定時器超時例程       void            *parameter;       //定時器例程的傳入參數          rt_tick_t        init_tick;       //定時器的超時時間,即總共多長時間將產生超時事件       rt_tick_t        timeout_tick;     //定時器超時的時間點,即產生超時事件時那一該的時間點   };   typedef struct rt_timer *rt_timer_t;     3.2 rt-thread的軟件定時器模式 軟件定時器線程初始化及啟動: [cpp]  /**   * @ingroup SystemInit   *   * This function will initialize system timer thread   */   void rt_system_timer_thread_init(void)   {   #ifdef RT_USING_TIMER_SOFT//如果采用軟件定時器管理模式,則啟動定時器線程       rt_list_init(&rt_soft_timer_list);//初始化軟件定時器鏈表          /* start software timer thread */       rt_thread_init(&timer_thread,//初始化軟件定時器線程,並啟動                      "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   }     軟件定時器線程如下: [cpp]   /* system timer thread entry */   static void rt_thread_timer_entry(void *parameter)   {       rt_tick_t next_timeout;              while (1)       {           /* get the next timeout tick */           next_timeout = rt_timer_list_next_timeout(&rt_soft_timer_list);//得到軟件定時器鏈表上的下一個定時器的超時時間點           if (next_timeout == RT_TICK_MAX)//如果超過范圍,則掛起當前線程,繼續線程調度           {               /* no software timer exist, suspend self. */               rt_thread_suspend(rt_thread_self());               rt_schedule();           }           else           {               rt_tick_t current_tick;                  /* get current tick */               current_tick = rt_tick_get();//獲取當前時間點                  if ((next_timeout - current_tick) < RT_TICK_MAX/2)//離下個中斷時間點還差些時候               {                   /* get the delta timeout tick */                   next_timeout = next_timeout - current_tick;//計算還差多長時間                   rt_thread_delay(next_timeout);//休眠一段時間               }           }              /* lock scheduler */           rt_enter_critical();//時間到,進入臨界區           /* check software timer */           rt_soft_timer_check();//檢查是否該產生超時事件           /* unlock scheduler */           rt_exit_critical();//退出臨界區       }   }     檢查是否產生中斷函數rt_soft_timer_check函數如下定義: [cpp]   /**   * This function will check timer list, if a timeout event happens, the   * corresponding timeout function will be invoked.   */   void rt_soft_timer_check(void)   {       rt_tick_t current_tick;       rt_list_t *n;       struct rt_timer *t;          RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, ("software timer check enter\n"));          current_tick = rt_tick_get();//得到當前時間點          for (n = rt_soft_timer_list.next; n != &(rt_soft_timer_list);)//得到下一定時器節點       {           t = rt_list_entry(n, struct rt_timer, list);//t指向rt_timer定時器              /*           * It supposes that the new tick shall less than the half duration of           * tick max.           */           if ((current_tick - t->timeout_tick) < RT_TICK_MAX / 2)//如果當前的時間點超過定時器的超時時間點           {               RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_timer_timeout_hook, (t));//使用鉤子函數                  /* move node to the next */               n = n->next;//指向下一定時器                  /* remove timer from timer list firstly */               rt_list_remove(&(t->list));//移除當前定時器                  /* call timeout function */               t->timeout_func(t->parameter);//產生定時器超時事件,調用對應處理函數                  /* re-get tick */               current_tick = rt_tick_get();//再次獲取當前時間點                  RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, ("current tick: %d\n", current_tick));                  if ((t->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_PERIODIC) &&//如果當前定時器是周期性定時器,則將其再次按序放入軟件定時器鏈表                   (t->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED))               {                   /* start it */                   t->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;//置標志為非激活狀態                   rt_timer_start(t);//再次將定時器t放入軟件定時器鏈表末尾               }               else               {                   /* stop timer */                   t->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;//置標志為非激活狀態               }           }           else break; /* not check anymore */       }          RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, ("software timer check leave\n"));   }     其上rt_timer_start函數如下定義: [cpp]   /**   * This function will start the timer   *   * @param timer the timer to be started   *   * @return the operation status, RT_EOK on OK, -RT_ERROR on error   */   rt_err_t rt_timer_start(rt_timer_t timer)   {       struct rt_timer *t;       register rt_base_t level;       rt_list_t *n, *timer_list;          /* timer check */       RT_ASSERT(timer != RT_NULL);       if (timer->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED)//如果傳入的定時器已經激活,則直接返回錯誤           return -RT_ERROR;          RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_take_hook, (&(timer->parent)));//使用鉤子函數          /*       * get timeout tick,       * the max timeout tick shall not great than RT_TICK_MAX/2       */       RT_ASSERT(timer->init_tick < RT_TICK_MAX / 2);       timer->timeout_tick = rt_tick_get() + timer->init_tick;//得到定時器超時的時間點          /* disable interrupt */       level = rt_hw_interrupt_disable();//關中斷      #ifdef RT_USING_TIMER_SOFT//如果采用的是軟件定時器管理模式,則將定時器加入到rt_soft_timer_list中       if (timer->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER)       {           /* insert timer to soft timer list */           timer_list = &rt_soft_timer_list;       }       else   #endif       {           /* insert timer to system timer list */           timer_list = &rt_timer_list;       }          for (n = timer_list->next; n != timer_list; n = n->next)//將定時器按序加入到定時器鏈表中       {           t = rt_list_entry(n, struct rt_timer, list);                      /*           * It supposes that the new tick shall less than the half duration of           * tick max.           */           if ((t->timeout_tick - timer->timeout_tick) < RT_TICK_MAX / 2)           {               rt_list_insert_before(n, &(timer->list));//將定時器timer插入到t之前               break;           }       }       /* no found suitable position in timer list */       if (n == timer_list)//沒有找到合適的位置,則放到鏈表頭       {           rt_list_insert_before(n, &(timer->list));       }          timer->parent.flag |= RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;//置定時器為激活狀態          /* enable interrupt */       rt_hw_interrupt_enable(level);      #ifdef RT_USING_TIMER_SOFT       if (timer->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER)//如果系統采用的是軟件定時器管理模式,且軟件定時器線程處理ready狀態,則恢復此線程       {           /* check whether timer thread is ready */           if (timer_thread.stat != RT_THREAD_READY)           {               /* resume timer thread to check soft timer */               rt_thread_resume(&timer_thread);//恢復定時器線程               rt_schedule();//開始線程調度           }       }   #endif          return -RT_EOK;   }     軟件定時器管理模式的源碼分析完了,接下來介紹RTT的硬件定時器管理模式。 3.3 RTT的硬件定時器管理模式 硬件定時器管理模式顧名思義,就是說與硬件相關,因此,不用的MCU,其部分源碼是不一樣的,因為其要采用MCU的系統時鐘中斷例程來實現。 以STM32F2XX為例,先找到其啟動匯編,位置在:RTT/bsp/stm32f2xx/Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F2xx/startup/arm/startup_stm32f2xx.s 找到中斷向量: [plain]   DCD     SysTick_Handler            ; SysTick Handler   這是系統時鐘中斷向量,再找到其中斷例程實現: 在bsp/stm32f2xx/drivers/board.c文件中: [cpp]  /**   * This is the timer interrupt service routine.   *   */   void SysTick_Handler(void)//系統時鐘中斷例程   {       /* enter interrupt */       rt_interrupt_enter();          rt_tick_increase();          /* leave interrupt */       rt_interrupt_leave();   }     其中rt_tick_increase函數在RTT/src/clock.c文件中的實現如下: [cpp]  /**   * This function will notify kernel there is one tick passed. Normally,   * this function is invoked by clock ISR.   */   void rt_tick_increase(void)   {       struct rt_thread *thread;          /* increase the global tick */       ++ rt_tick;//全局rt_tick加1          /* check time slice */       thread = rt_thread_self();//得到當前正在運行的線程          -- thread->remaining_tick;//純種剩下時間減1       if (thread->remaining_tick == 0)//如果線程剩余時間為0,即調度時間已到       {           /* change to initialized tick */           thread->remaining_tick = thread->init_tick;//將線程剩余時間重新設置初始化值              /* yield */           rt_thread_yield();//調度時間到,切換到其它線程       }          /* check timer */       rt_timer_check();//檢查硬件定時器鏈表是否有定時器產生超時事件   }     其中rt_timer_check函數在RTT/src/timer.c文件中如下定義: [cpp]   /**   * This function will check timer list, if a timeout event happens, the   * corresponding timeout function will be invoked.   *   * @note this function shall be invoked in operating system timer interrupt.   */   void rt_timer_check(void)   {       struct rt_timer *t;       rt_tick_t current_tick;       register rt_base_t level;          RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, ("timer check enter\n"));          current_tick = rt_tick_get();          /* disable interrupt */       level = rt_hw_interrupt_disable();          while (!rt_list_isempty(&rt_timer_list))       {           t = rt_list_entry(rt_timer_list.next, struct rt_timer, list);              /*           * It supposes that the new tick shall less than the half duration of           * tick max.           */           if ((current_tick - t->timeout_tick) < RT_TICK_MAX/2)           {               RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_timer_timeout_hook, (t));                  /* remove timer from timer list firstly */               rt_list_remove(&(t->list));                  /* call timeout function */               t->timeout_func(t->parameter);                  /* re-get tick */               current_tick = rt_tick_get();                  RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, ("current tick: %d\n", current_tick));                  if ((t->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_PERIODIC) &&                   (t->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED))               {                   /* start it */                   t->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;                   rt_timer_start(t);               }               else               {                   /* stop timer */                   t->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;               }           }           else               break;       }          /* enable interrupt */       rt_hw_interrupt_enable(level);          RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, ("timer check leave\n"));   }     此函數與rt_soft_timer_check基本大致相同,只不過一個是查找硬件定時器鏈表rt_timer_list,一個是查找rt_soft_timer_list. 在此,硬件定時器管理模式基本上介紹完畢,接下來介紹一些定時器接口. 4 定時器接口 4.1 定時器初始化 靜態初始化定義器 [cpp]  /**   * This function will initialize a timer, normally this function is used to   * initialize a static timer object.   *   * @param timer the static timer object   * @param name the name of timer   * @param timeout the timeout function   * @param parameter the parameter of timeout function   * @param time the tick of timer   * @param flag the flag of timer   */   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)   {       /* timer check */       RT_ASSERT(timer != RT_NULL);          /* timer object initialization */       rt_object_init((rt_object_t)timer, RT_Object_Class_Timer, name);//初始化內核對象          _rt_timer_init(timer, timeout, parameter, time, flag);   }     _rt_timer_init函數如下定義: [cpp]   static void _rt_timer_init(rt_timer_t timer,                              void (*timeout)(void *parameter),                              void      *parameter,                              rt_tick_t  time,                              rt_uint8_t flag)   {       /* set flag */       timer->parent.flag  = flag;//置flag          /* set deactivated */       timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;//初始化時,設置為非激活狀態          timer->timeout_func = timeout;//設置超時事件處理函數       timer->parameter    = parameter;//超時事件處理函數的傳入參數          timer->timeout_tick = 0;//定時器的超時時間點初始化時為0       timer->init_tick    = time;//置超時時間          /* initialize timer list */       rt_list_init(&(timer->list));//初始化本身節點   }   動態創建定時器 [cpp]  /**   * This function will create a timer   *   * @param name the name of timer   * @param timeout the timeout function   * @param parameter the parameter of timeout function   * @param time the tick of timer   * @param flag the flag of timer   *   * @return the created timer object   */   rt_timer_t rt_timer_create(const char *name,                              void (*timeout)(void *parameter),                              void       *parameter,                              rt_tick_t   time,                              rt_uint8_t  flag)   {       struct rt_timer *timer;          /* allocate a object */       timer = (struct rt_timer *)rt_object_allocate(RT_Object_Class_Timer, name);//動態分配定時器內核對象       if (timer == RT_NULL)       {           return RT_NULL;       }          _rt_timer_init(timer, timeout, parameter, time, flag);//調用上述的初始化接口          return timer;   }       4.2 脫離和刪除 脫離: [cpp]   /**   * This function will detach a timer from timer management.   *   * @param timer the static timer object   *   * @return the operation status, RT_EOK on OK; RT_ERROR on error   */   rt_err_t rt_timer_detach(rt_timer_t timer)   {       register rt_base_t level;          /* timer check */       RT_ASSERT(timer != RT_NULL);          /* disable interrupt */       level = rt_hw_interrupt_disable();//關中斷          /* remove it from timer list */       rt_list_remove(&(timer->list));//從定時器鏈表中移除          /* enable interrupt */       rt_hw_interrupt_enable(level);//開中斷          rt_object_detach((rt_object_t)timer);//脫離內核對象          return -RT_EOK;   }   刪除動態創建的定時器 [cpp]   /**   * This function will delete a timer and release timer memory   *   * @param timer the timer to be deleted   *   * @return the operation status, RT_EOK on OK; RT_ERROR on error   */   rt_err_t rt_timer_delete(rt_timer_t timer)   {       register rt_base_t level;          /* timer check */       RT_ASSERT(timer != RT_NULL);          /* disable interrupt */       level = rt_hw_interrupt_disable();//關中斷          /* remove it from timer list */       rt_list_remove(&(timer->list));//從定時器鏈表中移除          /* enable interrupt */       rt_hw_interrupt_enable(level);//開中斷          rt_object_delete((rt_object_t)timer);//刪除動態創建的定時器內核對象          return -RT_EOK;   }   4.3 啟動定時器 [cpp]   /**   * This function will start the timer   *   * @param timer the timer to be started   *   * @return the operation status, RT_EOK on OK, -RT_ERROR on error   */   rt_err_t rt_timer_start(rt_timer_t timer)   此接口已在上面介紹軟件定時器模式時已有分析,這裡就不再重復了。 4.4 停止定時器 [cpp]   /**   * This function will stop the timer   *   * @param timer the timer to be stopped   *   * @return the operation status, RT_EOK on OK, -RT_ERROR on error   */   rt_err_t rt_timer_stop(rt_timer_t timer)   {       register rt_base_t level;          /* timer check */       RT_ASSERT(timer != RT_NULL);       if (!(timer->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED))//如果定時器已經為非激活狀態           return -RT_ERROR;          RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_put_hook, (&(timer->parent)));//使用鉤子函數          /* disable interrupt */       level = rt_hw_interrupt_disable();//關中斷          /* remove it from timer list */       rt_list_remove(&(timer->list));//從定時器鏈表中移除          /* enable interrupt */       rt_hw_interrupt_enable(level);//開中斷          /* change stat */       timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;//置非激活狀態          return RT_EOK;   }     4.5 控制 此接口是用來修改一個定時器的參數,如下代碼: [cpp]   /**   * 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, rt_uint8_t cmd, void *arg)   {       /* timer check */       RT_ASSERT(timer != RT_NULL);          switch (cmd)       {       case RT_TIMER_CTRL_GET_TIME://獲取時間參數           *(rt_tick_t *)arg = timer->init_tick;           break;          case RT_TIMER_CTRL_SET_TIME://修改時間參數           timer->init_tick = *(rt_tick_t *)arg;           break;          case RT_TIMER_CTRL_SET_ONESHOT://修改定時器模式為單次觸發定時器           timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_PERIODIC;           break;          case RT_TIMER_CTRL_SET_PERIODIC://修改定時器為周期觸發定時器           timer->parent.flag |= RT_TIMER_FLAG_PERIODIC;           break;       }          return RT_EOK;   }    

  1. 上一頁:
  2. 下一頁:
Copyright © 程式師世界 All Rights Reserved