【学习FreeRTOS】第18章——FreeRTOS软件定时器

1.软件定时器的简介

• 定时器：从指定的时刻开始，经过一个指定时间，然后触发一个超时事件，用户可自定义定时器的周期
• 硬件定时器：芯片本身自带的定时器模块，硬件定时器的精度一般很高，每次在定时时间到达之后就会自动触发一个中断，用户在中断服务函数中处理信息。
• 软件定时器：具有定时功能的软件，可设置定时周期，当指定时间到达后要调用回调函数（也称超时函数)，用户在回调函数中处理信息

1.1软件定时的优缺点

• 优点：硬件定时器数量有限，而软件定时器理论上只需有足够内存，就可以创建多个；使用简单、成本低
• 缺点：软件定时器相对硬件定时器来说，精度没有那么高（因为它以系统时钟为基准系统时钟中断优先级又是最低，容易被打断）。对于需要高精度要求的场合，不建议使用软件定时器。

1.2.FreeRTOS软件定时的特点

• 可裁剪：软件定时器是可裁剪可配置的功能，如果要使能软件定时器，需将configUSE_TIMERS配置项配置成1
• 单次和周期：软件定时器支持设置成:单次定时器或周期定时器

【注意】软件定时器的超时回调函数是由软件定时器服务任务调用的，软件定时器的超时回调函数本身不是任务，因此不能在该回调函数中使用可能会导致任务阻塞的API函数。

软件定时器服务任务：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。软件定时器服务任务作用

• 负责软件定时器超时的逻辑判断
• 调用超时软件定时器的超时回调函数
• 处理软件定时器命令队列

1.3.软件定时器的命令队列

FreeRTOS提供了许多软件定时器相关的API函数，这些API函数大多都是往定时器的队列中写入消息（发送命令)，这个队列叫做软件定时器命令队列，是提供给FreeRTOS 中的软件定时器使用的，用户是不能直接访问的。

1.4.软件定时器的相关配置

• 当FreeRTOS的配置项configUSE_TIMERS设置为1，在启动任务调度器时，会自动创建软件定时器的服务/守护任务prvTimerTask( ) ;
• 软件定时器服务任务的优先级为configTIMER_TASK_PRIORITY = 31;
• 定时器的命令队列长度为configTIMER_QUEUE_LENGTH = 5 ;

【注意】软件定时器的超时回调函数是在软件定时器服务任务中被调用的，服务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定时器∶
1.回调函数要尽快实行，不能进入阻塞状态，即不能调用那些会阻塞任务的API函数，如: vTaskDelay()
2.访问队列或者信号量的非零阻塞时间的API函数也不能调用。

2.软件定时器的状态

• 休眠态：软件定时器可以通过其句柄被引用，但因为没有运行，所以其定时超时回调函数不会被执行
• 运行态：运行态的定时器，当指定时间到达之后，它的超时回调函数会被调用

【注意】新创建的软件定时器处于休眠状态，也就是未运行的！
【问题】如何让软件定时器从休眠态转变为运行态?——发送命令队列

3.单次定时器和周期定时器

• 单次定时器：一旦定时超时，只会执行一次其软件定时器超时回调函数，不会自动重新开启定时，不过可以被手动重新开启
• 周期定时器：一旦启动以后就会在执行完回调函数以后自动的重新启动，从而周期地执行其软件定时器回调函数
  
  单次定时器状态转换图
  
  周期定时器状态转换图
  

4.软件定时器结构体成员介绍

typedef struct
{const char * 				pcTimerName				/* 软件定时器名字 */ListItem_t 					xTimerListItem			/* 软件定时器列表项 */TickType_t 					xTimerPeriodInTicks;   	/* 软件定时器的周期 */     void * 						pvTimerID				/* 软件定时器的ID */TimerCallbackFunction_t	 	pxCallbackFunction; 	/* 软件定时器的回调函数 */
#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )UBaseType_t 				uxTimerNumber			/*  软件定时器的编号，调试用  */
#endifuint8_t 					ucStatus;              	/*  软件定时器的状态  */
}xTIMER;

类似于阻塞列表，软件定时器也有两个列表，一个是列表，另一个时溢出列表，用于解决时间溢出的问题

5.FreeRTOS软件定时器相关API函数

• 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
• xTimerStartFromISR()：在中断中开启软件定时器定时
• xTimerStop()：停止软件定时器定时
• xTimerStopFromISR()：在中断中停止软件定时器定时
• xTimerReset()：复位软件定时器定时
• xTimerResetFromISR()：在中断中复位软件定时器定时
• xTimerChangePeriod()：更改软件定时器的定时超时时间
• xTimerChangePeriodFromISR()：在中断中更改软件定时器的定时超时时间
• xTimerDelete()：删除软件定时器

5.1.动态方式创建软件定时器xTimerCreate()

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

• 形参pcTimerName：软件定时器名
• 形参xTimerPeriodInTicks：定时超时时间，单位:系统时钟节拍
• 形参uxAutoReload：定时器模式,pdTRUE:周期定时器，pdEALSE:单次定时器
• 形参pvTimerlD：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
• 形参pxCallbackFunction：软件定时器超时回调函数
• 返回值：NULL，软件定时器创建失败；其他值，软件定时器创建成功，返回其句柄

5.2.开启软件定时器定时xTimerStart()

BaseType_t xTimerStart(	TimerHandle_t 		xTimer,const TickType_t 	xTicksToWait); 

• 形参xTimer：待开启的软件定时器的句柄
• 形参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，软件定时器开启成功；pdFAIL，软件定时器开启失败

5.3.停止软件定时器定时xTimerStop()

BaseType_t xTimerStop(	TimerHandle_t 		xTimer,const TickType_t 	xTicksToWait); 

• 形参xTimer：待停止的软件定时器的句柄
• 形参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，软件定时器停止成功；pdFAIL，软件定时器停止失败

5.4.复位软件定时器定时xTimerReset()

BaseType_t xTimerReset(	TimerHandle_t 		xTimer,const TickType_t 	xTicksToWait);

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

• 形参xTimer：待复位的软件定时器的句柄
• 形参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，软件定时器复位成功；pdFAIL，软件定时器复位失败
  

5.5.更改软件定时器的定时超时时间xTimerChangePeriod()

BaseType_t xTimerChangePeriod(	TimerHandle_t 		xTimer,const TickType_t 	xNewPeriod,const TickType_t 	xTicksToWait);

• 形参xTimer：待更新的软件定时器的句柄
• 形参xNewPeriod：新的定时超时时间，单位:系统时钟节拍
• 形参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，软件定时器更新成功；pdFAIL，软件定时器更新失败

6.软件定时器整体流程

• 开启任务调度器时，会创建软件定时器任务和空闲任务，其中软件定时器完成初始化后，因接收队列无内容而阻塞
• 当创建好软件定时器后，软件定时器处于休眠，软件定时器任务仍处于阻塞状态
• 当调用启动定时器API时，所在任务给软件定时器任务发送消息队列，软件定时器消息队列收到消息后被唤醒，进行一次处理
• 当定时器超时时，软件定时器被唤醒，调用回调函数（快进快出）

7.FreeRTOS软件定时器实验

• 实验目的：学习FreeRTOS的软件定时器相关API函数的使用。
• 实验设计：将设计两个任务: start_task、task1两个任务的功能如下
  start_task用来创建task1任务，并创建两个定时器（单次和周期)
  task1用于按键扫描，并对软件定时器进行开启、停止操作