第20篇 zephyr 时钟之Timers

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摘要

1 概念

2 实现

2.1 定义一个定时器

2.2 使用定时器超时回调函数

2.3 读取定时器状态

2.4 使用计时器状态同步

3 参考链接

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本学笔记基于zephyr 工程版本 2.2.99，主机环境为ubuntu18.04，开发平台 nrf52840dk_nrf52840

摘要

timer是一个内核对象，它使用内核的系统时钟(基于tick)测量时间。当计时器达到指定的时间限制时，它可以执行应用程序定义的操作(回调函数)，或者它可以简单地记录过期时间并等待应用程序读取其状态(不执行回调函数)。

1 概念

可以定义任意数量的计时器。每个定时器由它的内存地址引用。

定时器有以下关键属性:：

duration ：指定计时器第一次超时之前的时间间隔，以毫秒为单位。它必须大于0。

period ：指定在第一个计时器结束后所有计时器之间的时间间隔，以毫秒为单位。它必须是非负的。周期为零意味着计时器是一个单次性计时器，在一次超时后停止。(例如，如果计时器的持续时间为200，周期为75，那么它将在200毫秒后首次超时，之后每隔75毫秒超时一次。)

expiry function ：在每次计时器超时时执行的回调函数。该函数由系统时钟中断处理程序执行。如果不需要超时回调函数，可以指定NULL。

 stop function：如果计时器在运行时过早停止，则执行的停止函数。函数由停止计时器的线程执行。如果不需要停止函数，则可以指定NULL。

status：表示自上次读取状态值以来计时器已超时的次数，读取后清零。

计时器在使用之前必须进行初始化。初始化将设置定时器的超时函数和停止函数，将计时器的状态设置为零，并将计时器置于停止状态。

计时器通过指定持续时间(duration )和周期(period )来启动。计时器的状态被重置为零，然后计时器进入运行状态，并开始倒数计时。

当一个正在运行的定时器超时时，它的状态会增加（status加1），并且如果存在一个定时器，它会执行它的超时回调函数;如果一个线程正在等待计时器，超时后线程(调用k_timer_status_sync()这函数的线程)将被解除阻塞。如果定时器的周期为零，则定时器进入停止状态;否则，计时器将重新启动。

如果需要，可以停止正在运行计的时器，之后计时器的状态保持不变(status不再加1)，然后计时器进入停止状态并执行它的停止回调函数(如果存在的话)。如果一个线程正在等待计时器，线程(调用k_timer_status_sync()这函数的线程)将被解除阻塞。允许尝试停止一个不运行的计时器，但是对计时器没有影响，因为它已经停止了。

如果需要，可以在倒计时中重新启动正在运行的计时器。计时器的状态被重置为零(status清零)，然后计时器开始使用调用者指定的新持续时间和周期值运行。如果一个线程正在等待计时器(调用了k_timer_status_sync()函数)，它将继续等待。

可以在任何时候直接读取计时器的状态(读取status值，代表超时的次数)，以确定自上次读取其状态以来计时器已超时了多少次。读取计时器的状态后会将status值重置为零。计时器到期前的剩余时间也可以读取，值为0表示计时器停止。

2 实现

2.1 定义一个定时器

使用struct k_timer类型定义一个计时器变量。然后必须通过调用k_timer_init()来初始化它。

下面的代码定义一个定时器：

struct k_timer my_timer;
extern void my_expiry_function(struct k_timer *timer_id);

k_timer_init(&my_timer, my_expiry_function, NULL);

或者，使用K_TIMER_DEFINE宏，在编译时定义：

K_TIMER_DEFINE(my_timer, my_expiry_function, NULL);

2.2 使用定时器超时回调函数

下面的代码，使用一个计时器来定期执行一个重要的操作。由于所需的工作无法在ISR中完成，计时器的过期函数将向系统工作队列提交一个工作项，让工作队列的线程将执行该工作：

void my_work_handler(struct k_work *work)
{
    /* do the processing that needs to be done periodically */
    ...
}

K_WORK_DEFINE(my_work, my_work_handler);

void my_timer_handler(struct k_timer *dummy)
{
    k_work_submit(&my_work);
}

K_TIMER_DEFINE(my_timer, my_timer_handler, NULL);

...

/* start periodic timer that expires once every second */
k_timer_start(&my_timer, K_SECONDS(1), K_SECONDS(1));

2.3 读取定时器状态

下面的代码，直接读取计时器的状态，以确定计时器是否已超时。

K_TIMER_DEFINE(my_status_timer, NULL, NULL);

...

/* start one shot timer that expires after 200 ms */
k_timer_start(&my_status_timer, K_MSEC(200), 0);

/* do work */
...

/* check timer status */
if (k_timer_status_get(&my_status_timer) > 0) {
    /* timer has expired */
} else if (k_timer_remaining_get(&my_status_timer) == 0) {
    /* timer was stopped (by someone else) before expiring */
} else {
    /* timer is still running */
}

2.4 使用计时器状态同步

下面的代码，执行计时器状态同步，以允许线程执行有用的工作：

K_TIMER_DEFINE(my_sync_timer, NULL, NULL);

...

/* do first protocol operation */
...

/* start one shot timer that expires after 500 ms */
k_timer_start(&my_sync_timer, K_MSEC(500), 0);

/* do other work */
...

/* ensure timer has expired (waiting for expiry, if necessary) */
k_timer_status_sync(&my_sync_timer);

/* do second protocol operation */
...

3 参考链接

https://docs.zephyrproject.org/latest/reference/kernel/timing/timers.html#id4