STM32

开源一个轻量级的定时器控制器SmartTimer

2019-12-18 18:48发布

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本帖最后由 elecsun 于 2016-6-24 16:30 编辑

0． 前言：
一直以来，都渴望为开源世界贡献自己的作品。但一是之前一直忙碌于公司的项目，确实也没法开源；二是总觉得自己的代码丑陋，不够优雅、简洁。怕贴出来后贻笑大方。
最近一年更换了工作，没有那么忙了，于是有时间把以前的积累沉淀一下。即使公司的项目，也不用拼死拼活赶时间了，于是做项目时会有更多的思考。比如，怎么做才能把业务逻辑和工具组件分开，使工具组件可以在多个项目中复用；怎么做才能使整个系统的框架更加简洁优雅。
于是，这个我命名为SmartTimer的工具就诞生了。几经修改，觉得可以拿出来和大家分享了。决定开源前还略犹豫，因为我之前用到的，比较熟悉的开源项目如RT-Thread、EasyFlash等等，都非常棒，代码漂亮，结构严谨。觉得我的代码拿出来就是出洋相。但后来一想，只有拿出来晒，被各位高手”喷过”，才会有更大的进步，才会使SmartTimer更加完善，这也是开源精神最重要的意义之一，于是我就献丑了。

1．SmartTimer能干什么？
SmartTimer是一个轻量级的基于STM32的定时器控制器，在单片机”裸跑”的情况下，可以很方便的实现异步编程。

2        . SmartTimer的一般用法：
2.1 Runlater。
在单片机编程中，想实现在”xxx毫秒后调用xxx函数”的功能，一般有两种方法：一种是阻塞的，非精确的方式，就是用for(i=0;i<0xffff;i++);这种循环等待的方式，来非精确的延迟一段时间，然后再顺序执行下面的程序；
另一种方式是利用定时器实现异步的精确延时。这种方式有又两种选择,即把XXX函数在定时器中断里执行，或者只在定时器中断里设定标志位。在系统的主While循环中检测这个标志位，当标志置位后，去运行XXX函数。

从理论上来说，以上介绍的3中runlater的方式中，采用定时器设定标志位的方法最好。因为首先主程序不用阻塞，在等待的时间里，MCU完全可以去做其他的事情，其次在定时器中断里不用占用太多的时间，节约中断资源。但这种方式有一个缺点就是，实现起来相对麻烦一些。因为如果你要有N个runlater的需求，那么就得设置N个标志位，还要考虑定时器的分配、设定。在程序主While循环里也会遍布N个查询标志位的if语句。如果N足够多，其实大于5个，就会比较头疼。这样会使主While循环看起来很乱。这样的实现不够简洁、优雅。

说了这么多，这部分还有一句话，SmartTimer可以优雅的解决runlater的问题。 :)
2.2        Runloop
在定时器编程方面还有另一个典型需求，就是“每隔xxx毫秒运行一次XXX函数,一共运行XXX次”。这个实现起来和runlater差不多，就是加一个运行次数的技术标志。我就不再赘述了。还是那句话：

SmartTimer可以优雅的实现Runloop功能。
2.3        Delay
并不是说非阻塞就一定比阻塞好，因为在某些场景下，必须得用到阻塞，使单片机停下来等待某个事件。那么SmartTimer也可以提供这个功能。

3. SmartTimer的高级用法
所谓的高级用法，并不是说SmartTimer有隐藏模式，能开启黑科技。而是说，如果你能转变思路，举一反三地话，可以利用SmartTimer提供的简单功能实现更加优化、合理的系统结构。
传统的单片机裸跑一般采用状态机模式，就是在主While循环里设定一些标志位或是设定好程序进行的步骤，根据事件的进程来跳转程序。简单的说来，这是一种顺序执行的程序结构。其灵活性和实时性并不高，尤其是当需要处理的业务越来越多，越来越复杂时，状态机会臃肿不堪，一不留神（其实是一定以及肯定）就会深埋bug于其中，调试解决BUG时也会异常痛苦。
如果你能转换一下思路，不再把业务逻辑中各个模块的关系看成基于因果（顺序），而是基于时间，模块间如果需要确定次序可以采用标志位进行同步。那么恭喜你，你已经有了采用实时系统的思想，可以尝试使用RT-thread等操作系统来完成你的项目了。
但是，使用操作系统有几个问题，第一是当单片机资源有限的时候，使用操作系统恐怕不太合适；第二是学习操作系统本身有一定的难度，至少你需要花费一定的时间；第三如果你的项目复杂度没有那么高，使用操作系统有点大材小用。
那么，请允许我没羞没臊的说一句，其实SmartTimer中的Runloop功能可以简单的实现基于时间的主程序框架。

4.关于Demo
Demo程序比较简单，主要是为了测试SmartTimer的功能，即寻找Bug。各位可以试用一下。Demo程序基本可以体现Runlater，Runloop，Delay功能。同时也能基本体现基于时间的编程思想（单片机裸跑程序框架）。

5.SmartTimer的使用
SmartTimer.h中声明的函数并不多，总共有7个：
void timer_init ( void );
void timer_tick (void);
void timer_mainloop ( void );
void timer_loop ( uint16_t delayms, void (*callback)(void), uint16_t times);
void timer_runlater ( uint16_t delayms, void (*callback)(void));
void timer_delay ( uint16_t delayms);
uint8_t timer_get_eventnum(void);

下面我将逐一介绍
5.1 必要的前提
SmartTimer能够工作的必要条件是:
A．        设置Systick时钟（也可以是其他的定时器TIMx,我选择的是比较简单的Systick），我默认设置为10ms，使用者可以根据自己的情况来更改。
Systick时钟的设置在timer_init函数中，该函数必须在主程序初始化阶段调用一次。
B．        在定时器中断函数中调用timer_tick()；可以说，这个函数是SmartTimer的引擎，如A步骤所述，默认情况下，每10ms，定时器中断会调用一次timer_tick();
C．        在主While循环中执行timer_mainloop()，这个函数的主要做用是回收使用完的timer事件的资源。

5.2 开始使用SmartTimer
做好以上的搭建工作，就可以开始使用SmartTimer了。首先上场的是
void timer_runlater ( uint16_t delayms, void (*callback)(void));
该函数接受两个参数，参数delayms传入延迟多长时间，注意这里的单位是根据之前A步骤里，你设置的时间滴答来确定的。即默认单位是10ms；第二个参数是回调函数的函数指针，目前只支持没有参数，且无返回值的回调函数，未来会考虑加入带参数和返回值的回调
举例：timer_runlater(100,ledflash); //1秒(100*10ms=1s)后,执行void ledflash(void)函数

其次是
void timer_loop ( uint16_t delayms, void (*callback)(void), uint16_t times);
这个函数的参数意义同runlater差不多，我就不详细说明了。
该函数接收3个参数，delayms为延迟时间，callback为回调函数指针，times是循环次数。
举例：timer_runloop(50,ledflash,5); // 每500ms，执行一次ledflash()，总共执行5次
      timer_runloop(80,ledflash, TIMER_LOOP_FOREVER); // 每800ms，执行一次ledflash(),无限循环。

最后是
void timer_delay ( uint16_t delayms);
这个函数会阻塞主程序，并延迟一段时间。


另外，uint8_t timer_get_eventnum(void); 这个函数是调试时候用的，可以返回当前的timer event的数目。
SmartTimer可接受的Timer event数量是有上限的，这个上限由smarttimer.h中的宏定义#define        TIMEREVENT_MAX_SIZE      20                定义的。默认为20个，你可以根据实际情况增加或减少。


最后，由于本人才疏学浅，在代码和工程严谨度上还有待提高，所以SmartTimer还很不完善，希望各位大神能提出改进意见，使SmartTimer更加完善。如果SmartTimer能够帮助到各位朋友，将是我的极大荣幸。


SmartTimer的源码和Demo程序下载地址在GitHub上：https://github.com/lmooml/SmartTimer.git
由于Github有被墙的风险，稍后会发布在在国内的代码托管网站git.oschina.net上


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94条回答
cocoloong
2019-12-29 01:01
学习观摩了，回头再仔细对比一下，扩充自己的知识体系。
楼主你这个方案属于合作式任务调度的范畴，大多数情况下我们写的嵌入式软件都没有很高标准的硬实时，如果需要，可以考虑把高实时的任务拆开了写在中断中执行；更高的可以考虑硬件扩展。简单有效的实现方案是很必要的，不需要每个小方案都上系统。

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