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title: rtthread定時器的實現
date: 2020-10-25 15:57:01
tags: rtthread

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每當線程需要延時的時候，就初始化 remaining_tick 需要延時的時間，然后將線程掛起，這里的掛起只是將線程在線程就緒優先級組中對應的位清 0，并不會將線程從線程優先級表（即就緒列表）中刪除。當每次時基中斷（SysTick 中斷）來臨時，就掃描就緒列表中的每個線程的 remaining_tick，如果 remaining_tick 大于 0 則遞減一次，然后判斷 remaining_tick 是否為 0，如果為 0 則表示延時時間到，將該線程就緒（即將線程在線程就緒優先級組中對應的位置位），然后等待系統下一次調度。這種延時的缺點是，在每個時基中斷中需要對所有線程都掃描一遍，費時，優點是容易理解。之所以先這樣講解是為了慢慢地過度到 RT-Thread 定時器的講解。

在 RT-Thread 中，每個線程都內置一個定時器，當線程需要延時的時候，則先將線程掛起，然后內置的定時器就會啟動，并且將定時器插入到一個全局的系統定時器列表rt_timer_list，這個全局的系統定時器列表維護著一條雙向鏈表，每個節點代表了正在延時的線程的定時器，節點按照延時時間大小做升序排列。當每次時基中斷（SysTick 中斷）來臨時，就掃描系統定時器列表的第一個定時器，看看延時時間是否到，如果到則讓該定時器對應的線程就緒，如果延時時間不到，則退出掃描，因為定時器節點是按照延時時間升序排列的，第一個定時器延時時間不到期的話，那后面的定時器延時時間自然不到期。比起第一種方法，這種方法就大大縮短了尋找延時到期的線程的時間。

定時器實現

系統定時器列表

在 RT-Thread 中，定義了一個全局的系統定時器列表，當線程需要延時時，就先把線程掛起，然后線程內置的定時器將線程掛起到這個系統定時器列表中，系統定時器列表維護著一條雙向鏈表，節點按照定時器的延時時間的大小做升序排列。

redef.h

#ifndef RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL #define RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL 1 #endif

timer.c

/* hard timer list */ static rt_list_t rt_timer_list[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL];

數組只有一個成員。

系統定時器列表初始化

void rt_system_timer_init(void) {int i;for (i = 0; i < sizeof(rt_timer_list) / sizeof(rt_timer_list[0]); i++){rt_list_init(rt_timer_list + i);} }

即初始化數組每個成員節點的next和prev兩個指向自己本身。

定時器結構體定義

rtdef.h

/*** 定時器結構體*/ struct rt_timer {struct rt_object parent; /* 從 rt_object 繼承 */rt_list_t row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL];void (*timeout_func)(void *parameter); /* 超時函數 */void *parameter; /* 超時函數形參 */rt_tick_t init_tick; /* 定時器實際需要延時的時間 */rt_tick_t timeout_tick; /* 定時器實際超時時的系統節拍數 */ }; typedef struct rt_timer *rt_timer_t;

定時器也屬內核對象，也會在結構體包含內核對象類型的成員。

row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL]定時器自身的節點，通過該節點可以實現將定時器插入到系統定

時器列表。

(*timeout_func)(void *parameter)定時器超時函數，定時器到期會調用相應的超時函數。

timeout_tick:我們知道系統定義了一個全局的系統時基計數器 rt_tick（在 clock.c 中定義），每產生一次系統時基中斷（即 SysTick 中斷）時，rt_tick 計數加一。假設線程要延時 10 個 tick，即 init_tick 等于 10，此時 rt_tick 等于 2，那么 timeout_tick 就等于 10 加 2 等于 12，當 rt_tick 遞增到 12 的時候，線程延時到期，這個就是 timeout_tick 的實際含義。

線程控制塊內置定時器

rtdef.h

struct rt_thread {/* rt 對象 */char name[RT_NAME_MAX]; /* 對象的名字 */rt_uint8_t type; /* 對象類型 */rt_uint8_t flags; /* 對象的狀態 */rt_list_t list; /* 對象的列表節點 */rt_list_t tlist; /* 線程鏈表節點 */void *sp; /* 線程棧指針 */void *entry; /* 線程入口地址 */void *parameter; /* 線程形參 */ void *stack_addr; /* 線程起始地址 */rt_uint32_t stack_size; /* 線程棧大小，單位為字節 */rt_ubase_t remaining_tick; /* 用于實現阻塞延時 */rt_uint8_t current_priority; /* 當前優先級 */rt_uint8_t init_priority; /* 初始優先級 */rt_uint32_t number_mask; /* 當前優先級掩碼 */rt_err_t error; /* 錯誤碼 */rt_uint8_t stat; /* 線程的狀態 */struct rt_timer thread_timer; /* 內置的線程定時器 */ }; typedef struct rt_thread *rt_thread_t;

定時器初始化函數

timer.c

/*** 該函數用于初始化一個定時器，通常該函數用于初始化一個靜態的定時器** @param timer 靜態定時器對象* @param name 定時器的名字* @param timeout 超時函數* @param parameter 超時函數形參* @param time 定時器的超時時間* @param flag 定時器的標志*/ void rt_timer_init(rt_timer_t timer,const char *name,void (*timeout)(void *parameter),void *parameter,rt_tick_t time,rt_uint8_t flag) {/* 定時器對象初始化 */rt_object_init((rt_object_t)timer, RT_Object_Class_Timer, name);/* 定時器初始化 */_rt_timer_init(timer, timeout, parameter, time, flag); }static void _rt_timer_init(rt_timer_t timer,void (*timeout)(void *parameter),void *parameter,rt_tick_t time,rt_uint8_t flag) {int i;/* 設置標志 */timer->parent.flag = flag;/* 先設置為非激活態 */timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;timer->timeout_func = timeout;timer->parameter = parameter;/* 初始化 定時器實際超時時的系統節拍數 */timer->timeout_tick = 0;/* 初始化 定時器需要超時的節拍數 */timer->init_tick = time;/* 初始化定時器的內置節點 */for (i = 0; i < RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL; i++){rt_list_init(&(timer->row[i]));} }

定時器的標志位：

rtdef.h

/*** 時鐘 & 定時器 宏定義*/ #define RT_TIMER_FLAG_DEACTIVATED 0x0 /* 定時器沒有激活 */ #define RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED 0x1 /* 定時器已經激活 */ #define RT_TIMER_FLAG_ONE_SHOT 0x0 /* 單次定時 */ #define RT_TIMER_FLAG_PERIODIC 0x2 /* 周期定時 */#define RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER 0x0 /* 硬件定時器，定時器回調函數在 tick isr中調用 */#define RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER 0x4 /* 軟件定時器，定時器回調函數在定時器線程中調用 */

定時器相關函數

刪除函數

rt_inline void _rt_timer_remove(rt_timer_t timer) {int i;for (i = 0; i < RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL; i++){rt_list_remove(&timer->row[i]);} }

停止函數

實現的算法主要分成兩步，先將定時器從系統定時器列表刪除，然后改變定時器的狀態為非 active 即可

/*** 該函數將停止一個定時器** @param timer 將要被停止的定時器** @return 操作狀態, RT_EOK on OK, -RT_ERROR on error*/ rt_err_t rt_timer_stop(rt_timer_t timer) {register rt_base_t level;/* 只有active的定時器才能被停止，否則退出返回錯誤碼 */if (!(timer->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED))return -RT_ERROR;/* 關中斷 */level = rt_hw_interrupt_disable();/* 將定時器從定時器列表刪除 */_rt_timer_remove(timer);/* 開中斷 */rt_hw_interrupt_enable(level);/* 改變定時器的狀態為非active */timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;return RT_EOK; }

定時器控制函數

根據不同的形參來設置定時器的狀態和初始時間值

/*** 該函數將獲取或者設置定時器的一些選項* * @param timer 將要被設置或者獲取的定時器* @param cmd 控制命令* @param arg 形參** @return RT_EOK*/ rt_err_t rt_timer_control(rt_timer_t timer, int cmd, void *arg) {switch (cmd){case RT_TIMER_CTRL_GET_TIME:*(rt_tick_t *)arg = timer->init_tick;break;case RT_TIMER_CTRL_SET_TIME:timer->init_tick = *(rt_tick_t *)arg;break;case RT_TIMER_CTRL_SET_ONESHOT:timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_PERIODIC;break;case RT_TIMER_CTRL_SET_PERIODIC:timer->parent.flag |= RT_TIMER_FLAG_PERIODIC;break;}return RT_EOK; }

相關宏定義

#define RT_TIMER_CTRL_SET_TIME 0x0 /* 設置定時器定時時間 */ #define RT_TIMER_CTRL_GET_TIME 0x1 /* 獲取定時器定時時間 */ #define RT_TIMER_CTRL_SET_ONESHOT 0x2 /* 修改定時器為一次定時 */ #define RT_TIMER_CTRL_SET_PERIODIC 0x3 /* 修改定時器為周期定時 */

*啟動函數

/*** 啟動定時器** @param timer 將要啟動的定時器** @return 操作狀態, RT_EOK on OK, -RT_ERROR on error*/ rt_err_t rt_timer_start(rt_timer_t timer) {unsigned int row_lvl = 0;rt_list_t *timer_list;register rt_base_t level;rt_list_t *row_head[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL];unsigned int tst_nr;static unsigned int random_nr;/* 關中斷 */level = rt_hw_interrupt_disable();/* 將定時器從系統定時器列表移除 */_rt_timer_remove(timer);/* 改變定時器的狀態為非active */timer->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/* 開中斷 */rt_hw_interrupt_enable(level);/* 獲取 timeout tick,最大的timeout tick 不能大于 RT_TICK_MAX/2 */timer->timeout_tick = rt_tick_get() + timer->init_tick;/* 關中斷 */level = rt_hw_interrupt_disable();/* 將定時器插入到定時器列表 *//* 獲取系統定時器列表根節點地址，rt_timer_list是一個全局變量 */timer_list = rt_timer_list;/* 獲取系統定時器列表第一條鏈表根節點地址 */row_head[0] = &timer_list[0];/* 因為RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL等于1，這個循環只會執行一次 */for (row_lvl = 0; row_lvl < RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL; row_lvl++){/* 列表不為空，當沒有定時器被插入到系統定時器列表時，該循環不執行 */for (; row_head[row_lvl] != timer_list[row_lvl].prev; row_head[row_lvl] = row_head[row_lvl]->next){struct rt_timer *t;/* 獲取定時器列表節點地址 */rt_list_t *p = row_head[row_lvl]->next;/* 根據節點地址獲取父結構的指針 */t = rt_list_entry(p, /* 節點地址 */ struct rt_timer, /* 節點所在父結構的數據類型 */row[row_lvl]); /* 節點在父結構中叫什么，即名字 *//* 兩個定時器的超時時間相同，則繼續在定時器列表中尋找下一個節點 */if ((t->timeout_tick - timer->timeout_tick) == 0){continue;}/* 兩個定時器的超時時間相同，則繼續在定時器列表中尋找下一個節點 */else if ((t->timeout_tick - timer->timeout_tick) < RT_TICK_MAX / 2){break;}}/* 條件不會成真，不會被執行 */if (row_lvl != RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - 1){row_head[row_lvl + 1] = row_head[row_lvl] + 1; } }/* random_nr是一個靜態變量，用于記錄啟動了多少個定時器 */random_nr++;tst_nr = random_nr;/* 將定時器插入到系統定時器列表 */rt_list_insert_after(row_head[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - 1], /* 雙向列表根節點地址 */&(timer->row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - 1])); /* 要被插入的節點的地址 *//* RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL 等于1，該for循環永遠不會執行 */for (row_lvl = 2; row_lvl <= RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL; row_lvl++){if (!(tst_nr & RT_TIMER_SKIP_LIST_MASK))rt_list_insert_after(row_head[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - row_lvl],&(timer->row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - row_lvl]));elsebreak;tst_nr >>= (RT_TIMER_SKIP_LIST_MASK + 1) >> 1;}/* 設置定時器標志位為激活態 */timer->parent.flag |= RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;/* 開中斷 */rt_hw_interrupt_enable(level);return -RT_EOK; }

一個初始化好的空的系統定時器列表示意圖，只有一個成員

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-mEZjpQI7-1608216004386)(https://i.loli.net/2020/10/25/BneYF4PWR3TScXj.png)]

假設現在有3個定時器要啟動。

定時器1: timeout_tick=4

定時器2: timeout_tick=2

定時器3: timeout_tick=3

插入定時器1（timeout_tick=4）

將定時器1節點從系統定時器移除。（相當于將節點取下晾衣架）

將定時器1狀態為非active。

獲取定時器1的超時節拍。（定時器超時節拍 = 系統節拍 + 定時器延時節拍）

獲取系統定時器列表根節點地址到timer_list。

獲取鏈表第一個節點的地址到row_head[0] 。（row_head[0] = &timer_list[0];）

應為鏈表為空，所以不執行for循環。

將定時器1插入系統定時器列表根節點。

將定時器1狀態為active。

如圖所示：

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插入定時器2（timeout_tick=2）

前五步一樣。

此時鏈表不為空，執行for循環。

獲取定時器1的節點地址給 p 。

根據定時器1的節點地址p得出定時器1的地址給t 。

較定時器1(t) 和定時器2(timer) 超時時間大小。如果時間相同則在定時器列表中尋找下一個節點。如果定時器1（t）大，跳出for循環。即將定時器2節點插入到定時器1前面。（超時時間大的在后面）

后面幾步一樣。

如圖所示：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-wT9lozaw-1608216004396)(https://i.loli.net/2020/10/25/hBITaoXnKcv1yEl.png)]

插入定時器3（timeout_tick=3）

前五步一樣。

第一次執行for循環，t(定時器2_timeout_tick=2) < timer(定時器3_timeout_tick=3)。

row_head[row_lvl] = row_head[row_lvl]->next。執行第二次for循環。

此時t(定時器1_timeout_tick=4) > timer(定時器3_timeout_tick=3)。

定時器3節點插入到定時器1節點之前。

如圖所示：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-tjk17mOV-1608216004399)(https://i.loli.net/2020/10/25/iV6qvufY9FzWwJb.png)]

掃描函數

用于掃描系統定時器列表，查詢定時器的延時是否到期，如果到期則讓對應的線程就緒。

/*** 該函數用于掃描系統定時器列表，當有超時事件發生時* 就調用對應的超時函數** @note 該函數在操作系統定時器中斷中被調用*/ void rt_timer_check(void) {struct rt_timer *t;rt_tick_t current_tick;register rt_base_t level;/* 獲取系統時基計數器rt_tick的值 */current_tick = rt_tick_get();/* 關中斷 */level = rt_hw_interrupt_disable();/* 系統定時器列表不為空，則掃描定時器列表 */while (!rt_list_isempty(&rt_timer_list[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - 1])){/* 獲取第一個節點定時器的地址 */t = rt_list_entry(rt_timer_list[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - 1].next, /* 節點地址 */struct rt_timer, /* 節點所在的父結構的數據類型 */ row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL - 1]); /* 節點在父結構的成員名 */if ((current_tick - t->timeout_tick) < RT_TICK_MAX / 2){/* 先將定時器從定時器列表移除 */_rt_timer_remove(t);/* 調用超時函數 */t->timeout_func(t->parameter);/* 重新獲取 rt_tick */current_tick = rt_tick_get();/* 周期定時器 */if ((t->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_PERIODIC) &&(t->parent.flag & RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED)){/* 啟動定時器 */t->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;rt_timer_start(t);}/* 單次定時器 */else{/* 停止定時器 */t->parent.flag &= ~RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED;}}elsebreak;}/* 開中斷 */rt_hw_interrupt_enable(level); }

通過判斷current_tick - t->timeout_tick > 0 判斷定時器是否到期。到期移除定時器并調用超時函數。最后判斷是否為周期定時器。

超時函數：

thread.c

/*** 線程超時函數* 當線程延時到期或者等待的資源可用或者超時時，該函數會被調用** @param parameter 超時函數的形參*/ void rt_thread_timeout(void *parameter) {struct rt_thread *thread;thread = (struct rt_thread *)parameter;/* 設置錯誤碼為超時 */thread->error = -RT_ETIMEOUT;/* 將線程從掛起列表中刪除 */rt_list_remove(&(thread->tlist));/* 將線程插入到就緒列表 */rt_schedule_insert_thread(thread);/* 系統調度 */rt_schedule(); }

設置線程錯誤碼為超時。

將線程從掛起列表中刪除，前提是線程在等待某些資源而被掛起到掛起列表，如果只是延時到期，則這個只是空操作。

將線程就緒。執行系統調度。

修改代碼

線程初始化函數

rt_err_t rt_thread_init(struct rt_thread *thread,const char *name,void (*entry)(void *parameter),void *parameter,void *stack_start,rt_uint32_t stack_size,rt_uint8_t priority) {/* 線程對象初始化 *//* 線程結構體開頭部分的成員就是rt_object_t類型 */rt_object_init((rt_object_t)thread, RT_Object_Class_Thread, name);rt_list_init(&(thread->tlist));thread->entry = (void *)entry;thread->parameter = parameter;thread->stack_addr = stack_start;thread->stack_size = stack_size;/* 初始化線程棧，并返回線程棧指針 */thread->sp = (void *)rt_hw_stack_init( thread->entry, thread->parameter,(void *)((char *)thread->stack_addr + thread->stack_size - 4) );thread->init_priority = priority;thread->current_priority = priority;thread->number_mask = 0;/* 錯誤碼和狀態 */thread->error = RT_EOK;thread->stat = RT_THREAD_INIT;/* 初始化線程定時器 */rt_timer_init(&(thread->thread_timer), /* 靜態定時器對象 */thread->name, /* 定時器的名字，直接使用的是線程的名字 */rt_thread_timeout, /* 超時函數 */thread, /* 超時函數形參 */0, /* 延時時間 */RT_TIMER_FLAG_ONE_SHOT); /* 定時器的標志 */return RT_EOK; }

線程延時函數

rt_err_t rt_thread_delay(rt_tick_t tick) {return rt_thread_sleep(tick); } /*** 該函數將讓當前線程睡眠一段時間，單位為tick* * @param tick 睡眠時間，單位為tick** @return RT_EOK*/ rt_err_t rt_thread_sleep(rt_tick_t tick) {register rt_base_t temp;struct rt_thread *thread;/* 關中斷 */temp = rt_hw_interrupt_disable();/* 獲取當前線程的線程控制塊 */thread = rt_current_thread;/* 掛起線程 */rt_thread_suspend(thread);/* 設置線程定時器的超時時間 */rt_timer_control(&(thread->thread_timer), RT_TIMER_CTRL_SET_TIME, &tick);/* 啟動定時器 */rt_timer_start(&(thread->thread_timer));/* 開中斷 */rt_hw_interrupt_enable(temp);/* 執行系統調度 */rt_schedule();return RT_EOK; } /*** 該函數用于掛起指定的線程* @param thread 要被掛起的線程** @return 操作狀態, RT_EOK on OK, -RT_ERROR on error** @note 如果掛起的是線程自身，在調用該函數后，* 必須調用rt_schedule()進行系統調度* */ rt_err_t rt_thread_suspend(rt_thread_t thread) {register rt_base_t temp;/* 只有就緒的線程才能被掛起，否則退出返回錯誤碼 */if ((thread->stat & RT_THREAD_STAT_MASK) != RT_THREAD_READY){return -RT_ERROR;}/* 關中斷 */temp = rt_hw_interrupt_disable();/* 改變線程狀態 */thread->stat = RT_THREAD_SUSPEND;/* 將線程從就緒列表刪除 */rt_schedule_remove_thread(thread);/* 停止線程定時器 */rt_timer_stop(&(thread->thread_timer));/* 開中斷 */rt_hw_interrupt_enable(temp);return RT_EOK; }

修改系統時基更新函數

void rt_tick_increase(void) {/* 系統時基計數器加1操作,rt_tick是一個全局變量 */++ rt_tick;/* 掃描系統定時器列表 */rt_timer_check(); }

總結

以上是生活随笔為你收集整理的rtthread定时器的实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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