FreeRTOS 延时函数和软件定时器详解

news2024/11/18 0:17:20

什么是延时函数？

1.延时函数分类

2.vTaskDelay 与 HAL_Delay 的区别

什么是定时器？

1.软件定时器优缺点

2.软件定时器原理

3.软件定时器相关配置

4.单次定时器和周期定时器

软件定时器相关 API 函数

1. 创建软件定时器

2. 开启软件定时器

3. 停止软件定时器

4. 复位软件定时器

5. 更改软件定时器定时时间

延时函数和软件定时器实操

什么是延时函数？

延时函数是一种编程语言中常用的函数类型，用于暂停一段时间后再执行后续的操作。在延时函数执行期间，程序会暂停执行，直到指定的时间结束后才会继续执行后续代码。常见的延时函数参数是毫秒或微秒，可以控制真实时间和计算机时间的关系。延时函数常用于需要等待或暂停执行的场景，如控制程序运行速度、动画效果等。

不过，过度使用延时函数可能会影响程序的性能和响应速度。

1.延时函数分类

相对延时：vTaskDelay

绝对延时：vTaskDelayUntil

2.vTaskDelay 与 HAL_Delay 的区别

vTaskDelay 作用是让任务阻塞，任务阻塞后，RTOS系统调用其它处于就绪状态的优先级最高的任务来执行。

HAL_Delay 一直不停的调用获取系统时间的函数，直到指定的时间流逝然后退出，故其占用了全部CPU时间。

什么是定时器？

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。

1.软件定时器优缺点

优点：

1. 简单、成本低；

2. 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。

2.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。

1. 负责软件定时器超时的逻辑判断

2. 调用超时软件定时器的超时回调函数

3. 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！

3.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。

4.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

函数	描述
xTimerCreate()	动态方式创建软件定时器
xTimerCreateStatic()	静态方式创建软件定时器
xTimerStart()	开启软件定时器定时
xTimerStop()	停止软件定时器定时
xTimerReset()	复位软件定时器定时
xTimerChangePeriod()	更改软件定时器的定时超时时间
xTimerStartFromISR()	在中断中开启软件定时器定时
xTimerStopFromISR()	在中断中停止软件定时器定时
xTimerResetFromISR()	在中断中复位软件定时器定时
xTimerChangePeriodFromISR()	在中断中更改定时超时时间

1. 创建软件定时器

TimerHandle_t xTimerCreate
            (   const char * const pcTimerName,
                const TickType_t xTimerPeriod,
                const UBaseType_t uxAutoReload,
                void * const pvTimerID,
                TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction );

参数：

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

2. 开启软件定时器

BaseType_t xTimerStart( TimerHandle_t xTimer,
                        TickType_t xBlockTime );

参数：

xTimer：待开启的软件定时器的句柄
xTickToWait：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

3. 停止软件定时器

BaseType_t xTimerStop( TimerHandle_t xTimer,
                        TickType_t xBlockTime );

参数与返回值同上。

4. 复位软件定时器

BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t xTimer,
                        TickType_t xBlockTime );

参数与返回值同上。

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。

5. 更改软件定时器定时时间

BaseType_t xTimerChangePeriod( TimerHandle_t xTimer,
                                TickType_t xNewPeriod,
                                TickType_t xBlockTime );

xNewPeriod：新的定时超时时间，单位：系统时钟节拍。

其余参数与返回值同上。

延时函数和软件定时器实操

创建两个定时器：

定时器1，周期定时器，每1秒打印一次 zglnb

定时器2，单次定时器，启动后 2 秒打印一次 ljx666

打开CubeMX

1.将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6，具体看我之前写过的文章

将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6

2.使能定时器

3.创建两个定时器

4.代码示例：

void StartDefaultTask(void const * argument)
{
    // xTimerChangePeriod(myTimer01Handle, pdMS_TO_TICKS(1000), 0); // 官方函数
    osTimerStart(myTimer01Handle, 1000);
    osTimerStart(myTimer02Handle, 2000);
  for(;;)
  {

    osDelay(1);
  }
}

void Callback01(void const * argument)
{
	printf("周期定时器：zglnb\r\n");
}

void Callback02(void const * argument)
{
	printf("单次定时器：ljx666\r\n");
}

5.打开串口助手，查看结果