FreeRTOS 延时函数和软件定时器 详解

简介: FreeRTOS 延时函数和软件定时器 详解

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

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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

image.png


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

1. BaseType_t xTimerStart( TimerHandle_t xTimer,
2.                         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

1. BaseType_t xTimerStop( TimerHandle_t xTimer,
2.                         TickType_t xBlockTime );

参数与返回值同上。


4. 复位软件定时器

1. BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t xTimer,
2.                         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


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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

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