从零玩转RT-Thread(22):定时器底层机制揭秘

由于定时器模拟实现的一些机制，将导致我们在使用时容现某些低级错误。为了更好地理解这些错误，本小节介绍RT-Thread定时器的基本设计原理。

注：本小节只对其设计做比较简单的介绍，目的是更好地掌握API的使用。

定时器是如何被触发的？

与时间片轮转机制工作原理类似，RT-Thread定时器依赖系统时钟节拍（tick）中断来触发执行。如下图所示：

当系统时钟节拍产生一次tick中断时，RT-Thread 会调用rt_tick_increase，tick 计数器加 1。

1. 系统检查所有已启动的定时器。
2. 若某定时器的超时时间已到：执行其绑定的回调函数（在中断上下文中）。
3. 若是周期定时器，重置下次触发时间。

定时器精度：由于定时器基于系统时钟节拍中断触发执行；因此，可知其精度受时钟节拍周期影响，即最小的定时时间为1个tick。

HARD_TIMER模式的定时器

默认情况下，创建的定时器会被加入到定时器队列_timer_list中，且该链表为按触发时间排序的链表。

static rt_list_t _timer_list[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL];

当我们调用rt_timer_start()启动定时器时，定时器将插入到该队列中。

这样一来，当定时中断发生时：RT-Thread检查各个定时器是否满足超时条件。若满足，调用其回调函数，并且将周期定时器重新插入链表。而如果是一性次的定时器，则会从该链表中移除。

SOFT_TIMER模式的定时器

此外，还有另外一种模式的定时器，SOFT_TIMER。要启用这种定时器，只需要在创建定时器时传递以下标志宏：

#define RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER 0x4 /* 软件定时器 */

在RT-Thread内部，采用了专门的定时器任务来扫描这些定时器，并执行回调函数。

上述任务相关的配置宏如下：

#define RT_TIMER_THREAD_PRIO 4 #define RT_TIMER_THREAD_STACK_SIZE 512

示例：创建SOFT_TIMER模式的定时器

下面的代码演示了如何创建SOFT_TIMER模式的定时器。

#include <rtthread.h> #include "base.h" #include "rtconfig.h" #include "rtdef.h" rt_timer_t led_timer; // 回调函数 static void led_timer_cb(void *parameter) { RT_UNUSED(parameter); led_toggle(LED0); // 切换LED 状态 static int count; if (++count == 20) { // 可以关闭 rt_timer_stop(led_timer); } } struct rt_timer oneshort_timer; static void oneshort_timer_cb (void * parameter) { RT_UNUSED(parameter); led_toggle(LED1); // 可以重启 rt_timer_start(&oneshort_timer); } int main (void) { hardware_init(); // 创建一个周期性定时器（1000ms） led_timer = rt_timer_create("led_t", led_timer_cb, (void *)20, rt_tick_from_millisecond(500), // RT_TICK_PER_SECOND, RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER); if (led_timer != RT_NULL) { rt_timer_start(led_timer); // 启动定时器 } rt_timer_init(&oneshort_timer, "oneshort", oneshort_timer_cb, RT_NULL, 3*RT_TICK_PER_SECOND, // 3秒 RT_TIMER_FLAG_ONE_SHOT | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER); rt_timer_start(&oneshort_timer); return 0; }

课程推荐

• 全新升级的手写RTOS课程：从原理到实战，一次掌握操作系统的核心

• 用10000+行代码手写一个TCP/IP协议栈

• 硬核项目，从0手搓一个RISC-V模拟器！

作者介绍 李述铜，嵌入式系统与底层架构领域讲师，专注于操作系统、CPU 架构、RTOS 内核与系统软件实现原理的教学与研究。 出版作品《从0手写x86计算机操作系统》，主讲课程包括：《从0手写嵌入式操作系统》《从0手写TCP/IP协议栈》《从0手写FAT32文件系统》等。