高效软件定时器的设计

摘要

数据结构分析

结构体TM_TCB来表示动态创建的定时器，其定义如下

typedef struct TM_TCB_STRUCT

{

/*Nucleus的定时器分为应用定时器和task内置两种type  */

INT                 tm_timer_type;             

/* 剩余时间，可动态改变  */

UNSIGNED            tm_remaining_time;     

/*tm_information指向TM_APP_TCB，其保存了超时函数等定时器参数  */    

VOID               *tm_information;            

struct TM_TCB_STRUCT

                       *tm_next_timer,           /* Next timer in list    */

                       *tm_previous_timer;     /* Previous timer in list*/

} TM_TCB;

定时器结构体TM_TCB之间使用双向循环链表的方式组织在一起,即tm_next_timer和tm_previous_timer指针。Nucleus里有个TM_TCB    *TMD_Active_Timers_List全局指针，其指向该链表的头部，管理着所有处于激活状态的定时器。

假设当前系统里没有定时器，我们的应用在初始化时要连续创建和激活5个周期性的定时器，其周期超时时间为：5,8,8,12,20（单位都是tick）.

假设是按照顺序创建，那么链表的形成过程如下所示（方框里的数字就是TM_TCB的tm_remaining_time）：

总之，无论创建的顺序如何，结果链表组织方式和顺序都是一样的

时间的递减怎么记录/span>

需要引入一个重要的全局变量

UNSIGNED TMD_Timer

它记录了当前距离超时最近的定时器的剩余时间。例如在上面的例子里，当前TMD_Timer值为5。Nucleus的底层实现了一个中断处理函数INT_Timer_Interrupt，它是由硬件定时器触发的，当有处于激活状态的timer时，每个tick触发一次，在这个函数里，会对TMD_Timer减1并判断是否为0，如果为0，说明有定时器超时，开始激活TMD_HISR，其回调函数就是用于处理所有定时器超时的入口。

有定时器超时了以后会发生什么/span>

假设现在已经过了5个tick（这个5个tick里，不需要对定时器链表有任何的操作），那么首节点的超时函数会被执行，首节点被从链表头部摘除,TMD_Timer会被改写为下一个首节点的剩余时间重新计数，即3.且链表会更新成（蓝色表示新插入的节点，棕色表示受影响的节点）：

再过2个tick，下个节点超时，以此类推。

动态加入定时器

前面创建几个定时器的时候都是同时创建的，如果不是同时创建会怎么样/span>

如上面的分析，回到整个用例开始的时候，在5个定时器组成的链表建立好之后，在接下来的5个tick内，没有定时器会超时，同时链表里的数据也不会有任何更新。

假设在3个tick之后，需要加入一个新的定时器，超时时间为10，应该怎么办/span>

如果继续按照上面组织链表的办法，10 = 5 + 3 + 2，应该放在第4位，且相对前一个定时器的超时时间加2，如下所示：

但是请注意，当前已经距离开始时间已经过去了3个tick,第一个定时器会在2个tick后超时，第二和第三个会在5秒后超时，所以如果按照这种方式，新加入的这个定时器在7个tick后就超时了，这显然是不正确的。

这个地方还是需要TMD_Timer，它记录了当前距离超时最近的定时器的剩余时间，也就是等于当前正确的链表首节点的剩余时间（开始是5，过了3个tick之后，变成了2）

正确的做法是先更新头节点的剩余时间之后，再插入新的节点，更新完之后的链表如下所示

这样，链表里的每个定时器节点都会有正确的超时时间了

每个tick触发一次，在这个函数里，会对TMD_Timer减1并判断是否为0，如果为0，说明有定时器超时，开始激活TMD_HISR

这是一个反复比较的过程，每个tick的中断里，会做不多的数字累加和比较操作，这个定时器中断的操作可以省下来。每次链表头节点更新的时候，可以启动一个硬件定时器，将其超时时间设置为TMD_Timer，时间一到，就代表着头节点已超时，而不用反复的在每个tick都做着重复的工作