rt_thread 的定时器管理源码分析.doc

1 前言rt-thread可以采用软件定时器或硬件定时器来实现定时器管理的，所谓软件定时器是指由操作系统提供的一类系统接口，它构建在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。而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。软件定时器的精度取决于它使用的硬件定时器精度。而rt-thread操作系统在默认情况下是采用的硬件定时器的方式，用户可以通过修改宏定义#ifdef RT_USING_TIMER_SOFT来修改采用哪种。2 rt-thread的定时器的基本工作原理在RT-Thread定时器模块维护两个重要的全局变量，一个是当前系统的时间rt_tick（当硬件定时器中断来临时，它将加1），另一个是定时器链表rt_timer_list，系统中新创建的定时期都会被以排序的方式插入到rt_timer_list(硬件定时器模式下使用)链表中,rt_timer_list的每个节点保留了一个定时器的信息，并且在这个节点加入链表时就计算好了产生时间到达时的时间点，即tick,在rt-thread系统中如果采用软件定时器模式，则存在一定时器线程rt_thread_timer_entry，不断获取当前TICK值并与定时器链表rt_timer_list上的定时器对比判断是否时间已到，一旦发现就调用对应的回调函数，即事件处理函数进行处理，而如果采用硬件定时器管理模式的话，则该检查过程放到系统时钟中断例程中进行处理，此时，是不存在定时器线程的。如下图：注：如果采用软件定时器软件定时器，则该定时器链表为rt_soft_timer_list。3 源码分析3.1 数据定义cpp view plaincopyprint?1. /*2. *timerstructure3. */4. structrt_timer5. 6. structrt_objectparent;/内核对象 7. 8. rt_list_tlist;/链表节点 9. 10. void(*timeout_func)(void*parameter);/定时器超时例程 11. void*parameter;/定时器例程的传入参数 12. 13. rt_tick_tinit_tick;/定时器的超时时间,即总共多长时间将产生超时事件 14. rt_tick_ttimeout_tick;/定时器超时的时间点，即产生超时事件时那一该的时间点 15. ;16. typedefstructrt_timer*rt_timer_t;/* * timer structure */struct rt_timer struct rt_object parent; /内核对象 rt_list_t list; /链表节点 void (*timeout_func)(void *parameter); /定时器超时例程 void *parameter; /定时器例程的传入参数 rt_tick_t init_tick; /定时器的超时时间,即总共多长时间将产生超时事件 rt_tick_t timeout_tick; /定时器超时的时间点，即产生超时事件时那一该的时间点;typedef struct rt_timer *rt_timer_t;3.2 rt-thread的软件定时器模式软件定时器线程初始化及启动:cpp view plaincopyprint?1. /*2. *ingroupSystemInit3. *4. *Thisfunctionwillinitializesystemtimerthread5. */6. voidrt_system_timer_thread_init(void)7. 8. #ifdefRT_USING_TIMER_SOFT/如果采用软件定时器管理模式，则启动定时器线程 9. rt_list_init(&rt_soft_timer_list);/初始化软件定时器链表 10. 11. /*startsoftwaretimerthread*/12. rt_thread_init(&timer_thread,/初始化软件定时器线程，并启动 13. timer,14. rt_thread_timer_entry,15. RT_NULL,16. &timer_thread_stack0,17. sizeof(timer_thread_stack),18. RT_TIMER_THREAD_PRIO,19. 10);20. 21. /*startup*/22. rt_thread_startup(&timer_thread);23. #endif 24. /* * ingroup SystemInit * * This function will initialize system timer thread */void rt_system_timer_thread_init(void)#ifdef RT_USING_TIMER_SOFT/如果采用软件定时器管理模式，则启动定时器线程 rt_list_init(&rt_soft_timer_list);/初始化软件定时器链表 /* start software timer thread */ rt_thread_init(&timer_thread,/初始化软件定时器线程，并启动 timer, rt_thread_timer_entry, RT_NULL, &timer_thread_stack0, sizeof(timer_thread_stack), RT_TIMER_THREAD_PRIO, 10); /* startup */ rt_thread_startup(&timer_thread);#endif软件定时器线程如下： cpp view plaincopyprint?1. /*systemtimerthreadentry*/2. staticvoidrt_thread_timer_entry(void*parameter)3. 4. rt_tick_tnext_timeout;5. 6. while(1)7. 8. /*getthenexttimeouttick*/9. next_timeout=rt_timer_list_next_timeout(&rt_soft_timer_list);/得到软件定时器链表上的下一个定时器的超时时间点 10. if(next_timeout=RT_TICK_MAX)/如果超过范围，则挂起当前线程，继续线程调度 11. 12. /*nosoftwaretimerexist,suspendself.*/13. rt_thread_suspend(rt_thread_self();14. rt_schedule();15. 16. else17. 18. rt_tick_tcurrent_tick;19. 20. /*getcurrenttick*/21. current_tick=rt_tick_get();/获取当前时间点 22. 23. if(next_timeout-current_tick)RT_TICK_MAX/2)/离下个中断时间点还差些时候 24. 25. /*getthedeltatimeouttick*/26. next_timeout=next_timeout-current_tick;/计算还差多长时间 27. rt_thread_delay(next_timeout);/休眠一段时间 28. 29. 30. 31. /*lockscheduler*/32. rt_enter_critical();/时间到，进入临界区 33. /*checksoftwaretimer*/34. rt_soft_timer_check();/检查是否该产生超时事件 35. /*unlockscheduler*/36. rt_exit_critical();/退出临界区 37. 38. /* 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);/得到软件定时器链表上的下一个定时器的超时时间点 if (next_timeout = RT_TICK_MAX)/如果超过范围，则挂起当前线程，继续线程调度 /* 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();/获取当前时间点 if (next_timeout - current_tick) timeout_tick)next;/指向下一定时器 29. 30. /*removetimerfromtimerlistfirstly*/31. rt_list_remove(&(t-list);/移除当前定时器 32. 33. /*calltimeoutfunction*/34. t-timeout_func(t-parameter);/产生定时器超时事件，调用对应处理函数 35. 36. /*re-gettick*/37. current_tick=rt_tick_get();/再次获取当前时间点 38. 39. RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER,(currenttick:%dn,current_tick);40. 41. if(t-parent.flag&RT_TIMER_FLAG_PERIODIC)&/如果当前定时器是周期性定时器，则将其再次按序放入软件定时器链表 42. (t-parent.flag&RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED)43. 44. /*startit*/45. t-parent.flag&=RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/置标志为非激活状态 46. rt_timer_start(t);/再次将定时器t放入软件定时器链表末尾 47. 48. else49. 50. /*stoptimer*/51. t-parent.flag&=RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/置标志为非激活状态 52. 53. 54. elsebreak;/*notcheckanymore*/55. 56. 57. RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER,(softwaretimercheckleaven);58. /* * 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 entern); current_tick = rt_tick_get();/得到当前时间点 for (n = rt_soft_timer_list.next; n != &(rt_soft_timer_list);)/得到下一定时器节点 t = rt_list_entry(n, struct rt_timer, list);/t指向rt_timer定时器 /* * It supposes that the new tick shall less than the half duration of * tick max. */ if (current_tick - t-timeout_tick) next;/指向下一定时器 /* remove timer from timer list firstly */ rt_list_remove(&(t-list);/移除当前定时器 /* call timeout function */ t-timeout_func(t-parameter);/产生定时器超时事件，调用对应处理函数 /* re-get tick */ current_tick = rt_tick_get();/再次获取当前时间点 RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, (current tick: %dn, current_tick); if (t-parent.flag & RT_TIMER_FLAG_PERIODIC) &/如果当前定时器是周期性定时器，则将其再次按序放入软件定时器链表 (t-parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED) /* start it */ t-parent.flag &= RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/置标志为非激活状态 rt_timer_start(t);/再次将定时器t放入软件定时器链表末尾 else /* stop timer */ t-parent.flag &= RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/置标志为非激活状态 else break; /* not check anymore */ RT_DEBUG_LOG(RT_DEBUG_TIMER, (software timer check leaven);上面代码中，为什么定时器里判断超时的条件是(current_tick - ttimeout_tick) parent.flag&RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED)/如果传入的定时器已经激活，则直接返回错误 17. return-RT_ERROR;18. 19. RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_take_hook,(&(timer-parent);/使用钩子函数 20. 21. /*22. *gettimeouttick,23. *themaxtimeouttickshallnotgreatthanRT_TICK_MAX/224. */25. RT_ASSERT(timer-init_ticktimeout_tick=rt_tick_get()+timer-init_tick;/得到定时器超时的时间点 27. 28. /*disableinterrupt*/29. level=rt_hw_interrupt_disable();/关中断 30. 31. #ifdefRT_USING_TIMER_SOFT/如果采用的是软件定时器管理模式，则将定时器加入到rt_soft_timer_list中 32. if(timer-parent.flag&RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER)33. 34. /*inserttimertosofttimerlist*/35. timer_list=&rt_soft_timer_list;36. 37. else38. #endif 39. 40. /*inserttimertosystemtimerlist*/41. timer_list=&rt_timer_list;42. 43. 44. for(n=timer_list-next;n!=timer_list;n=n-next)/将定时器按序加入到定时器链表中 45. 46. t=rt_list_entry(n,structrt_timer,list);47. 48. /*49. *Itsupposesthatthenewtickshalllessthanthehalfdurationof50. *tickmax.51. */52. if(t-timeout_tick-timer-timeout_tick)list);/将定时器timer插入到t之前 55. break;56. 57. 58. /*nofoundsuitablepositionintimerlist*/59. if(n=timer_list)/没有找到合适的位置，则放到链表头 60. 61. rt_list_insert_before(n,&(timer-list);62. 63. 64. timer-parent.flag|=RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/置定时器为激活状态 65. 66. /*enableinterrupt*/67. rt_hw_interrupt_enable(level);68. 69. #ifdefRT_USING_TIMER_SOFT 70. if(timer-parent.flag&RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER)/如果系统采用的是软件定时器管理模式，且软件定时器线程处理ready状态，则恢复此线程 71. 72. /*checkwhethertimerthreadisready*/73. if(timer_thread.stat!=RT_THREAD_READY)74. 75. /*resumetimerthreadtochecksofttimer*/76. rt_thread_resume(&timer_thread);/恢复定时器线程 77. rt_schedule();/开始线程调度 78. 79. 80. #endif 81. 82. return-RT_EOK;83. /* * 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)/如果传入的定时器已经激活，则直接返回错误 return -RT_ERROR; RT_OBJECT_HOOK_CALL(rt_object_take_hook, (&(timer-parent);/使用钩子函数 /* * get timeout tick, * the max timeout tick shall not great than RT_TICK_MAX/2 */ RT_ASSERT(timer-init_tick timeout_tick = rt_tick_get() + timer-init_tick;/得到定时器超时的时间点 /* disable interrupt */ level = rt_hw_interrupt_disable();/关中断#ifdef RT_USING_TIMER_SOFT/如果采用的是软件定时器管理模式，则将定时器加入到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)/将定时器按序加入到定时器链表中 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) list);/将定时器timer插入到t之前 break; /* no found suitable position in timer list */ if (n = timer_list)/没有找到合适的位置，则放到链表头 rt_list_insert_before(n, &(timer-list); timer-parent.flag |= RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/置定时器为激活状态 /* enable interrupt */ rt_hw_interrupt_enable(level);#ifdef RT_USING_TIMER_SOFT if (timer-parent.flag & RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER)/如果系统采用的是软件定时器管理模式，且软件定时器线程处理ready状态，则恢复此线程 /* 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);/恢复定时器线程 rt_schedule();/开始线程调度 #endif return -RT_EOK;软件定时器管理模式的源码分析完了，接下来介绍RTT的硬件定时器管理模式。 3.3 RTT的硬件定时器管理模式硬件定时器管理模式顾名思义，就是说与硬件相关，因此，不用的MCU，其部分源码是不一样的，因为其要采用MCU的系统时钟中断例程来实现。以STM32F2XX为例，先找到其启动汇编，位置在：RTT/bsp/stm32f2xx/Libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F2xx/startup/arm/startup_stm32f2xx.s找到中断向量:plain view plaincopyprint?1. DCDSysTick_Handler;SysTickHandlerDCD SysTick_Handler ; SysTick Handler这是系统时钟中断向量，再找到其中断例程实现： 在bsp/stm32f2xx/drivers/board.c文件中:cpp view plaincopyprint?1. /*2. *Thisisthetimerinterruptserviceroutine.3. *4. */5. voidSysTick_Handler(void)/系统时钟中断例程 6. 7. /*enterinterrupt*/8. rt_interrupt_enter();9. 10. rt_tick_increase();11. 12. /*leaveinterrupt*/13. rt_interrupt_leave();14. /* * This is the timer interrupt service routine. * */void SysTick_Handler(void)/系统时钟中断例程/* enter interrupt */rt_interrupt_enter();rt_tick_increase();/* leave interrupt */rt_interrupt_leave();其中rt_tick_increase函数在RTT/src/clock.c文件中的实现如下: cpp view plaincopyprint?1. /*2. *Thisfunctionwillnotifykernelthereisonetickpassed.Normally,3. *thisfunctionisinvokedbyclockISR.4. */5. voidrt_tick_increase(void)6. 7. structrt_thread*thread;8. 9. /*increasetheglobaltick*/10. +rt_tick;/全局rt_tick加1 11. 12. /*checktimeslice*/13. thread=rt_thread_self();/得到当前正在运行的线程 14. 15. -thread-remaining_tick;/纯种剩下时间减1 16. if(thread-remaining_tick=0)/如果线程剩余时间为0，即调度时间已到 17. 18. /*changetoinitializedtick*/19. thread-remaining_tick=thread-init_tick;/将线程剩余时间重新设置初始化值 20. 21. /*yield*/22. rt_thread_yield();/调度时间到，切换到其它线程 23. 24. 25. /*checktimer*/26. rt_timer_check();/检查硬件定时器链表是否有定时器产生超时事件 27. /* * 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 */ th