软件定时器是FreeRTOS中的一个重要模块，使用软件定时器可以方便的实现一些与超时或周期性相关的功能，本篇从FreeRTOS的源码入手，来分析FreeRTOS软件定时器的运行机理。

1 基础知识

1.1 软件定时器与硬件定时器的区别

硬件定时器

• 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
• 硬件定时器的精度一般很高，可以达到纳秒级别
• 硬件定时器是芯片本身提供的定时功能

软件定时器

• 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
• 硬件定时器的定时精度与系统时钟的周期有关，一般系统利用SysTick作为软件定时器的基础时钟，系统节拍配置为FreeRTOSConfig.h中的，默认是1000，那么系统的时钟节拍周期就为1ms
• 软件定时器是由操作系统提供的一类系统接口

注意：软件定时器回调函数的上下文是任务，回调函数要快进快出，且回调函数中不能有任何阻塞任务运行的情况，如vTaskDelay()以及其它能阻塞任务运行的函数。

1.2 软件定时器的两种工作模式

FreeRTOS提供的软件定时器支持单次模式和周期模式

• 单次模式：当用户创建了定时器并启动了定时器后，定时时间到了，只执行一次回调函数之后就将该定时器删除，不再重新执行。
• 周期模式：这个定时器会按照设置的定时时间循环执行回调函数，直到用户将定时器删除

下面来看一下启动调度器时是怎么创建Daemon任务的。

2.1 任务调度器函数创建Daemon任务

main函数的最后会启动FreeRTOS的任务调度函数，在该函数中会创建软件定时器任务（即Daemon守护任务），并且可以看到是通过宏定义的方式选择编译：

xTimerCreateTimerTask()只是一个函数名，它内部的函数内容如下。

2.2 创建Daemon任务

软件定时器任务（Daemon任务）的创建是通过方法来创建，在创建守护任务之前，还要先通过函数创建两个列表和一个消息队列：

创建列表与消息队列的具体函数内容如下：

2.3 创建列表与消息队列

由于系统节拍采用32位变量进行计数，总有一天会溢出，所以软件定时器使用了两个列表：

• 当前定时器列表 ：系统新创建并激活的定时器都会以超时时间升序的方式插入到pxCurrentTimerList列表中。系统在定时器任务中扫描pxCurrentTimerList中的第一个定时器，看是否已超时，若已经超时了则调用软件定时器回调函数，否则将定时器任务挂起。

• 溢出定时器列表：在软件定时器溢出的时候使用，作用与pxCurrentTimerList一致。

定时器列表会按照唤醒时间从早到晚挂接在当前定时器列表中，唤醒时间如果溢出了就挂接在溢出定时器列表中。当系统节拍溢出之后，两个列表的功能会进行交换，即当前列表变为溢出列表，溢出列表变为当前列表。

此外，FreeRTOS的软件定时器还使用了一个消息队列，利用“定时器命令队列”向软件定时器任务发送一些命令，任务在接收到命令就会去处理命令对应的程序，比如启动定时器，停止定时器，复位、删除、改变周期等。

假如定时器任务处于阻塞状态，我们又需要马上再添加一个软件定时器的话，就是采用这种消息队列命令的方式进行添加，才能唤醒处于等待状态的定时器任务，并且在任务中将新添加的软件定时器添加到软件定时器列表中

（注：事件标志组在中断中设置事件标志，实际也是通过队列发送消息给软件定时器任务来执行）

既然消息队列是用来处理软件定时器的一些操作指令的，那这些在哪里呢实就是软件定时器的一些API函数，如下。

2.4 软件定时器API函数实际原理

软件定时器的多种API函数，如启动、停止、删除、复位、改变周期等，实际是通过宏定义的方式提供：

这些API函数对应的宏定义，本质上又都是调用了函数来实现对消息的打包和发送。

2.5 软件定时器打包命令与发送

该函数将命令打包成队列项发送给消息队列，由软件定时器任务（守护任务来）接收并进行处理。