FreeRTOS 软件定时器工作原理及应用

FreeRTOS 的 软件定时器（Software Timer） 是一种基于系统节拍（Tick）的计时机制，允许开发者创建周期性或单次触发的定时任务，而无需依赖硬件定时器。软件定时器由 定时器服务任务（Timer Service Task） 管理，适用于需要时间控制但无需高精度的场景（如心跳检测、状态轮询等）。

1. 软件定时器的工作原理

1.1 基本架构

• 定时器服务任务（Timer Daemon Task）

  • FreeRTOS 在启动调度器时（vTaskStartScheduler()）自动创建该任务（需启用 configUSE_TIMERS=1）。
  • 默认优先级由 configTIMER_TASK_PRIORITY 定义（通常较高，如 configMAX_PRIORITIES-1）。
  • 负责检查定时器列表，并在到期时执行回调函数。

• 定时器控制块（Timer Control Block, TCB）

  • 存储定时器的状态（激活/未激活）、周期、回调函数等信息。

• 定时器命令队列（Timer Command Queue）

  • 用户通过 API（如 xTimerStart()）发送命令（启动/停止/复位等）到队列，由定时器服务任务异步处理。

1.2 工作流程

1. 创建定时器

   • 调用 xTimerCreate() 创建一个定时器对象（返回 TimerHandle_t 句柄）。
   • 指定定时器类型（单次 pdFALSE / 周期 pdTRUE）、周期时间（Tick 数）、回调函数。

2. 启动定时器

   • 通过 xTimerStart() 或 xTimerStartFromISR()（中断中调用）将启动命令发送到定时器命令队列。
   • 定时器服务任务从队列中取出命令并激活定时器。

3. 定时器到期处理

   • 定时器服务任务检查系统时间，当定时器到期时：
     • 执行用户定义的回调函数。
     • 若为周期定时器，自动重新加载周期值；若为单次定时器，则停止。

2. 关键 API 函数

2.1 创建定时器

TimerHandle_t xTimerCreate(
    const char * const pcTimerName,       // 定时器名称（调试用）
    const TickType_t xTimerPeriod,       // 周期（Tick 数）
    co