说明本文章基于百问网RTOS教程文档

1.硬件定时器

什么是硬件定时器，由硬件电路构成的定时器。在学习STM32时我们都会学到定时器，这个就是硬件定时器。硬件定时器不单单可以定时，它还可以进行PWM输出等等。硬件定时器每隔一段固定的时间会进入一次中断，我们叫Tick中断。

 我们生活中有重复闹钟，有一次性闹钟。闹钟有三种状态：运行，暂停和超时。

闹钟到点需要做什么事情？回调函数，为了方便区分做哪些事我们还会涉入函数参数。

2.FreeRTOS软件定时器

创建定时器一般都是创建一个结构体变量。这个结构体里会有定时器的各种信息，模式，状态，延时，函数，函数参数，还有一个链表。

比如我们有三个定时器定时器A,B,C，A定的时间为2个Tick，B定的时间为5个Tick，C定的时间为10个Tick。

 怎么去处理链表中的定时器呢？

·首先在Tick中断里去判断链表的第一项是否超时。如果超时有两种执行选择，下面会讲。第一项没超时那就不管。

怎么判断是否超时？在启动软件定时器时会计算出超时时间，根据当前Count和超时间比较就可知道定时器是否超时。

·如果第一项超时会有两种执行选择。

第一种：在中断中执行

实时操作系统不会再中断中处理复杂任务，因此不会选择中断里处理任务

第二种：在任务中执行（守护任务）

在中断中通知一个定时器任务（守护函数），在定时器任务中调用定时器里的函数执行。

怎么通知？

答：写一个队列，定时器任务会读这个队列处理队列的数据来判断是哪个定时器超时，再去调用定时器里的函数执行。

3.守护任务

3.1守护任务创建

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。

3.2守护任务机制

守护任务中只执行两件事：读队列，处理队列数据

我们用户所有关于定时器的函数里都会去写某个队列，守护任务执行时会去处理队列的数据对定时器执行相关操作：Runing,Stop,Rest,执行超时定时器的任务等等。

因此守护任务的优先级一定要高，否则就无法处理定时任务。因此在没有处理完队列数据前它会一直运行。

 

 3.3回调函数

定时器的回调函数的原型如下：

void ATimerCallback( TimerHandle_t xTimer );

定时器的回调函数是在守护任务中被调用的，守护任务不是专为某个定时器服务的，它还要处理其他定时器。

所以，定时器的回调函数不要影响其他人：

• 回调函数要尽快实行，不能进入阻塞状态
• 不要调用会导致阻塞的API函数，比如 vTaskDelay()
• 可以调用 xQueueReceive() 之类的函数，但是超时时间要设为0：即刻返回，不可阻塞

4.定时器函数

根据定时器的状态转换图，就可以知道所涉及的函数：

4.1 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：

/* 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 );

4.2 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：

/* 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。

4.3 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。

涉及的函数原型如下：

/* 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，这些函数的 xTicksToWait 表示的是，把命令写入命令队列的超时时间。命令队列可能已经满了，无法马上把命令写入队列里，可以等待一会。

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。

4.4 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。

复位函数的原型如下：

/* 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 );

4.5 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。

相关函数的原型如下：

/* 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 );

4.6 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：

怎么使用定时器ID，完全由程序来决定：

• 可以用来标记定时器，表示自己是什么定时器
• 可以用来保存参数，给回调函数使用

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：

• 更新ID：使用 vTimerSetTimerID() 函数
• 查询ID：查询 pvTimerGetTimerID() 函数

这两个函数不涉及命令队列，它们是直接操作定时器结构体。

函数原型如下：

/* 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 );

 5.代码例程

本节代码为：28_timer_game_sound，主要看nwatch\beep.c。

对于无源蜂鸣器，只要设置PWM输出方波，它就会发出声音。在game1游戏中，什么时候发出声音？球与挡球板、转块碰撞时发出声音。什么时候停止声音？发出声音后，过一阵子就应该停止声音。这使用软件定时器来实现。

在初始化蜂鸣器时，创建定时器，代码如下：

25 static TimerHandle_t g_TimerSound;

/* 省略 */

52 void buzzer_init(void)

53 {

54   /* 初始化蜂鸣器 */

55   PassiveBuzzer_Init();

56

57   /* 创建定时器 */

58   g_TimerSound = xTimerCreate( "GameSound",

59                           200,

60                           pdFALSE,

61                           NULL,

62                           GameSoundTimer_Func);

63 }

想发出声音时，调用buzzer_buzz函数，代码如下：

78 void buzzer_buzz(int freq, int time_ms)

79 {

80   PassiveBuzzer_Set_Freq_Duty(freq, 50);

81

82   /* 启动定时器 */

83   xTimerChangePeriod(g_TimerSound, time_ms, 0);

84 }

第80行：设置PWM频率。

第83行：启动定时器。

当定时器超时后，GameSoundTimer_Func函数被调用，它会停止蜂鸣器，代码如下：

37 static void GameSoundTimer_Func( TimerHandle_t xTimer )

38 {

39   PassiveBuzzer_Control(0);

40 }

 回调函数指针，在创建定时器时传入函数地址。

game1里如何使用音效？先初始化，代码如下：

297 void game1_task(void *params)

298 {		  

299	g_framebuffer = LCD_GetFrameBuffer(&g_xres, &g_yres, &g_bpp);

300	draw_init();

301	draw_end();

302	

303	buzzer_init();

第303行：初始化蜂鸣器。

game1里使用buzzer_buzz函数发出声音，比如碰到砖块时：

412        buzzer_buzz(2000, 100);

第412行会发出2000Hz的声音，维持100ms。