FreeRTOS的软件定时器的源码分析

一、软件定时器的特性

• 定时器的关键成员：周期、回调函数
  
• 定时器的指定类型：一次性、可自动重载定时器
  
• 定时器的状态：运行、休眠
  
• FreeRTOS的软件定时器基于Tick中断实现，但是由于实时系统不允许在内核、中断中执行不确定时间的代码，因此定时器函数被放到了RTOS守护任务中实现
  

二、RTOS守护任务

• 优先级：configTIMER_TASK_PRIORITY，默认是2，高于IDLE任务
  
• 消息队列的长度：configTIMER_QUEUE_LENGTH，默认是10，40字节
  
• 用户调用定时器函数，通过专用的定时器消息队列，发送给RTOS守护任务，在RTOS守护任务中读消息队列，并执行相应的定时器处理函数
  
• prvTimerTask在调用vTaskStartScheduler时被创建
  

三、prvTimerTask任务

1. static void prvTimerTask( void *pvParameters )
2. {
3.   TickType_t xNextExpireTime;
4.   BaseType_t xListWasEmpty;
5.   for( ;; )
6.   {
7.     xNextExpireTime = prvGetNextExpireTime( &xListWasEmpty );        // 从pxCurrentTimerList获得下一个定时器到期时间，升序排列，头表示第一个到期的定时器
8.     prvProcessTimerOrBlockTask( xNextExpireTime, xListWasEmpty );    // 定时器到期执行prvProcessExpiredTimer，没到期则有时间限制的等待xTimerQueue（最多等xNextExpireTime - xTimeNow）  
9.     prvProcessReceivedCommands();                                    // 处理接收命令，非阻塞循环读取队列xTimerQueue，处理message，包括启动定时器、停止定时器。修改定时器、删除定时器
10.   }
11. }
12. static void prvProcessExpiredTimer( const TickType_t xNextExpireTime, const TickType_t xTimeNow )
13. {
14.   // 定时器到期了，将定时器从 pxTimer->xTimerListItem队列中移除
15.   // 如果自动重载，则重新计算超时时间，再把timer加入队列，并通过xTimerGenericCommand函数发送tmrCOMMAND_START_DONT_TRACE命令
16.   // 最后执行定时器的回调函数
17. }

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四、定时器相关函数

1. TimerHandle_t xTimerCreate(        const char * const pcTimerName,                            // 定时器名称
2.                                                                 const TickType_t xTimerPeriodInTicks,   // 定时器周期
3.                                                                 const UBaseType_t uxAutoReload,         // 是否自动重载
4.                                                                 void * const pvTimerID,                 // ID
5.                                                                 TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction )  // 回调函数
6. {
7.   Timer_t *pxNewTimer;
8.   pxNewTimer = ( Timer_t * ) pvPortMalloc( sizeof( Timer_t ) );          // 分配空间
9.   prvInitialiseNewTimer( pcTimerName, xTimerPeriodInTicks, uxAutoReload, pvTimerID, pxCallbackFunction, pxNewTimer );  // 初始化
10.   return pxNewTimer;
11. }
12. static void prvInitialiseNewTimer(        const char * const pcTimerName,
13.                                                                         const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
14.                                                                         const UBaseType_t uxAutoReload,
15.                                                                         void * const pvTimerID,
16.                                                                         TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction,
17.                                                                         Timer_t *pxNewTimer )
18. {
19.   prvCheckForValidListAndQueue();
20.   pxNewTimer->pcTimerName = pcTimerName;
21.   pxNewTimer->xTimerPeriodInTicks = xTimerPeriodInTicks;
22.   pxNewTimer->uxAutoReload = uxAutoReload;
23.   pxNewTimer->pvTimerID = pvTimerID;
24.   pxNewTimer->pxCallbackFunction = pxCallbackFunction;
25.   vListInitialiseItem( &( pxNewTimer->xTimerListItem ) );    // 初始化链表节点
26. }
27. // 定时器删除函数
28. #define xTimerDelete( xTimer, xTicksToWait ) xTimerGenericCommand( ( xTimer ), tmrCOMMAND_DELETE, 0U, NULL, ( xTicksToWait ) )
29. // 定时器复位函数
30. #define xTimerReset( xTimer, xTicksToWait ) xTimerGenericCommand( ( xTimer ), tmrCOMMAND_RESET, ( xTaskGetTickCount() ), NULL, ( xTicksToWait ) )
31. // 定时器启动函数
32. #define xTimerStart( xTimer, xTicksToWait ) xTimerGenericCommand( ( xTimer ), tmrCOMMAND_START, ( xTaskGetTickCount() ), NULL, ( xTicksToWait ) )
33. // 定时器停止函数
34. #define xTimerStop( xTimer, xTicksToWait ) xTimerGenericCommand( ( xTimer ), tmrCOMMAND_STOP, 0U, NULL, ( xTicksToWait ) )
35. // 定时器更改定时周期函数
36. #define xTimerChangePeriod( xTimer, xNewPeriod, xTicksToWait ) xTimerGenericCommand( ( xTimer ), tmrCOMMAND_CHANGE_PERIOD, ( xNewPeriod ), NULL, ( xTicksToWait ) )

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五、守护任务中对不同定时器函数命令的处理

• tmrCOMMAND_START、tmrCOMMAND_RESET、tmrCOMMAND_START_FROM_ISR、tmrCOMMAND_RESET_FROM_ISR、tmrCOMMAND_START_DONT_TRACE(重载)，从list移除定时器，调用prvInsertTimerInActiveList将定时器加入pxCurrentTimerList中
  
• tmrCOMMAND_STOP、tmrCOMMAND_STOP_FROM_ISR，从list中移除定时器
  
• tmrCOMMAND_CHANGE_PERIOD、tmrCOMMAND_CHANGE_PERIOD_FROM_ISR，从list移除定时器，更新时间通过prvInsertTimerInActiveList加入list
  
• tmrCOMMAND_DELETE，，从list移除定时器，在vPortFree( pxTimer )释放空间
  

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