如何實現嵌入式軟件定時/超時機制？
時間：2024-07-08 來源：華清遠見
定時器的應用十分廣泛，從硬件角度我們熟悉的PWM、ADC等常用接口就需要用到定時器。防止系統抱死的看門狗程序也是一種定時器。在系統層面，任務調度、時間片輪轉、同步和通信處處體現著定時器的作用。在應用軟件上，包括網絡通信、UI交互界面等各類軟件都需要用到各種和樣的定時器。例如，在TCP/IP協議中，用于控制數據包的重傳時間的重傳機制。用于檢測網絡連接的存活狀態的心跳檢測機制。
在實際的生活當中，定時器的應用就更加廣泛了。我們常用的洗衣機、微波爐等都需要用到定時器。鬧鐘更不必說，"鬧鐘"這兩個字幾乎就是定時器的代名詞。那么在嵌入式軟件當中如何實現定時器呢？
輪詢機制
輪詢機制是最簡單的一種實現方式，他不需要具備太強的硬件知識。但是這種實現方式的效率是最低的。大致的實現思路如下：
基本步驟
1. 初始化定時器變量：設置起始時間或計數器初值。
2. 在主循環中輪詢檢查：定期檢查當前時間或計數值是否達到預設的超時時間或計數值。
3. 執行超時處理邏輯：當檢測到超時時執行相應的處理邏輯。
示例代碼
下面是一個用C語言編寫的簡單示例，通過輪詢系統時間來實現定時器功能。假設我們有一個函數 get_current_time_ms() 能夠返回當前系統時間（毫秒）。
代碼解釋
1. 初始化定時器：在 main() 函數中，通過 get_current_time_ms() 獲取系統當前時間，并將其賦值給 start_time 變量。
2. 在主循環中輪詢檢查：在 while (1) 循環中，不斷獲取當前時間 current_time，并檢查 current_time - start_time 是否大于等于超時時間 timeout_ms。
3. 執行超時處理邏輯：如果檢測到超時，則調用 handle_timeout() 函數執行相應的處理邏輯，并更新 start_time 以便重新開始計時，實現周期性定時。
優化建議
1. 減少忙等待：可以在輪詢過程中加入適當的延時函數，如 sleep_ms()，以減少CPU占用率。
2. 多定時器管理：通過數組或鏈表管理多個定時器，每個定時器包含起始時間和超時時間，在主循環中輪詢檢查所有定時器的狀態。
3. 避免溢出問題：處理計數器溢出問題時，可以使用無符號整數運算的特性，確保時間計算正確。
1. 使用硬件定時器
硬件定時器是嵌入式系統中實現定時/超時功能的基礎組件。大多數微控制器都有多個硬件定時器，可以配置為定時中斷。以下是基本步驟：
1. 初始化定時器：設置定時器的預分頻器、計數值和中斷。
2. 配置中斷服務程序：在定時器計數值達到設定值時，觸發中斷，在中斷服務程序中處理超時邏輯。
3. 啟動定時器：啟動定時器，使其開始計數。
2. 軟件定時器
軟件定時器通常在RTOS（實時操作系統）中實現，RTOS提供了定時器服務，可以創建和管理多個定時器。
4. 看門狗定時器
看門狗定時器（WDT）是一種特殊的硬件定時器，用于防止系統卡死。需要在特定時間內復位看門狗，否則會觸發系統復位。
這些方法各有優缺點，選擇哪種方法取決于具體的硬件平臺、應用需求和資源限制。通常，硬件定時器和RTOS提供的軟件定時器是首選方案，因為它們提供了更精確和可靠的定時/超時機制。
