Q: 什么是定时器?
A: 其实在单片机的学习中,已经接触过无数次定时器了,所谓定时器,简单可以理解为闹钟,到达指定一段时间后,就会响铃。 STM32 芯片自带硬件定时器,精度较高,达到定时时间后会触发中断,也可以生成 PWM 、输入捕获、输出比较,等等,功能强大,但是由于硬件的限制,个数有限。 软件定时器也可以实现定时功能,达到定时时间后可调用回调函数,可以在回调函数里处理信息。
软件定时器优缺点
优点
- 简单、成本低
- 只要内存足够,可创建多个
缺点
- 精度较低,容易受中断影响。在大多数情况下够用,但对于精度要求比较高的场合不建议使用
软件定时器原理
定时器是一个可选的、不属于 FreeRTOS 内核的功能,它是由定时器服务任务来提供的。
在调用函数 vTaskStartScheduler() 开启任务调度器的时候,会创建一个用于管理软件定时器的任 务,这个任务就叫做软件定时器服务任务。
- 负责软件定时器超时的逻辑判断
- 调用超时软件定时器的超时回调函数
- 处理软件定时器命令队列
FreeRTOS提供了很多定时器有关的API函数,这些API函数大多都使用FreeRTOS的队列发送命令给定时器服务任务。这个队列叫做定时器命令队列。定时器命令队列是提供给FreeRTOS的软件定时器使用的,用户不能直接访问!
软件定时器相关配置
软件定时器有一个定时器服务任务和定时器命令队列,这两个东西肯定是要配置的,相关的配置 也是放到文件FreeRTOSConfig.h中的,涉及到的配置如下:
1、configUSE_TIMERS
如果要使用软件定时器的话宏configUSE_TIMERS一定要设置为1,当设置为1的话定时器服务任务就会在启动FreeRTOS调度器的时候自动创建。
2、configTIMER_TASK_PRIORITY
设置软件定时器服务任务的任务优先级,可以为0~(configMAX_PRIORITIES-1)。优先级一定要根 据实际的应用要求来设置。如果定时器服务任务的优先级设置的高的话,定时器命令队列中的命 令和定时器回调函数就会及时的得到处理。
3、configTIMER_QUEUE_LENGTH
此宏用来设置定时器命令队列的队列长度。
4、configTIMER_TASK_STACK_DEPTH
此宏用来设置定时器服务任务的任务堆栈大小。
单次定时器和周期定时器
单次定时器: 只超时一次,调用一次回调函数,可手动再开启定时器
周期定时器: 多次超时,多次调用回调函数
软件定时器相关 API 函数
创建软件定时器
- pcTimerName:软件定时器名称
- xTimerPeriodInTicks:定时超时时间,单位:系统时钟节拍。宏 pdMS_TO_TICKS() 可用于将以毫秒为单位指定的时间转换为以 tick 为单位指定的时间
- uxAutoReload:定时器模式, pdTRUE:周期定时器, pdFALSE:单次定时器
- pvTimerID:软件定时器 ID,用于多个软件定时器公用一个超时回调函数
- pxCallbackFunction:软件定时器超时回调函数
- 返回值: 成功:定时器句柄 失败:NULL
开启软件定时器
- xTimer:待开启的软件定时器的句柄
- xBlockTime:发送命令到软件定时器命令队列的最大等待时间
- 返回值: pdPASS:开启成功 pdFAIL:开启失败
停止软件定时器
- xTimer:待开启的软件定时器的句柄
- xBlockTime:发送命令到软件定时器命令队列的最大等待时间
- 返回值: pdPASS:成功 pdFAIL:失败
复位软件定时器
- xTimer:待开启的软件定时器的句柄
- xBlockTime:发送命令到软件定时器命令队列的最大等待时间
- 返回值: pdPASS:成功 pdFAIL:失败
该功能将使软件定时器的重新开启定时,复位后的软件定时器以复位时的时刻作为开启时刻重新定时。
更改软件定时器定时时间 (并开启)
- xNewPeriod:新的定时超时时间,单位:系统时钟节拍
- xTimer:待开启的软件定时器的句柄
- xBlockTime:发送命令到软件定时器命令队列的最大等待时间
- 返回值: pdPASS:成功 pdFAIL:失败
实操演示
需求:创建两个定时器: 定时器1,周期定时器,每1秒打印一次 pop pop;定时器2,单次定时器,启动后 2 秒打印一次 beep beep
在 C:\mjm_CubeMX_proj 路径下,复制一份Cube的母版并重命名为 :mjm_freeRTOS_timer:
打开相应的Cube文件:
2. 找到左侧的Middleware --> FREERTOS:
2.1 找到“Config Parameters”, 打开软件定时器:
当开启软件定时器时,下面就会跳出优先级,命令队列长度,任务堆栈大小的设置,此处暂不更改
2.2 找到“Timers and Semaphores”, 创建两个定时器:
Timer01设置为周期定时器,Timer02设置为单次定时器:
3. 生成代码打开Keil:
3.1 在freertos.c中,可以看到对两个定时器的初始化:
跳转这个osTimerCreate() 函数就会发现,这其实又是Cube对于xTimerCreate() 函数的封装:
3.2 同时也可以看到两个软件定时器的回调函数
3.3 代码编写:
osTimerStart函数是Cube对于xTimerChangePeriod(FromISR)函数的封装,可以对其进行跳转:
可见其中有一句:
TickType_t ticks = millisec / portTICK_PERIOD_MS;
这句话就已经自动将毫秒转化为系统时钟了,然后Cube将这个由毫秒转化为的系统时钟作为了xTimerChangePeriod的第一个参数“ xNewPeriod ”,所以osTimerStart的第二个参数就是定时的时长
#include "stdio.h"
void StartDefaultTask(void const * argument) //Cube自动生成的一个任务
{
osTimerStart(Timer01Handle, 1000); //开启定时器1并设置定时时间为1000毫秒
osTimerStart(Timer02Handle, 2000); //开启定时器2并设置定时时间为2000毫秒
for(;;)
{
osDelay(1);
}
}
/* Callback01 function */
void Callback01(void const * argument) //周期定时器1
{
printf("pop pop\r\n");
}
/* Callback02 function */
void Callback02(void const * argument) //单次定时器2
{
printf("beep beep\r\n");
}
实现效果
打开串口助手:
pop pop每隔1秒不停的打印(周期定时器),而beep beep只在开始的2秒后打印了一次(单次定时器)