专栏首页TencentOS-tiny第6期 | MultiTimer,一款可无限扩展的软件定时器

第6期 | MultiTimer,一款可无限扩展的软件定时器

嵌入式开源项目精选专栏

本专栏由Mculover666创建,主要内容为寻找嵌入式领域内的优质开源项目,一是帮助开发者使用开源项目实现更多的功能,二是通过这些开源项目,学习大佬的代码及背后的实现思想,提升自己的代码水平,和其它专栏相比,本专栏的优势在于:

不会单纯的介绍分享项目,还会包含作者亲自实践的过程分享,甚至还会有对它背后的设计思想解读

目前本专栏包含的开源项目有:

  • cJSON | 一个轻量级C语言JSON解析器
  • paho | 支持10种语言编写mqtt客户端,总有一款适合你!
  • MultiButton | 一个小巧简单易用的事件驱动型按键驱动模块
  • letter-shell | 一个功能强大的嵌入式shell
  • EasyLogger | 一款轻量级且高性能的日志库
  • SFUD | 一款串行 Flash 通用驱动库
  • EasyFlash | 让 Flash 成为小型 KV 数据库

如果您自己编写或者发现的开源项目不错,欢迎留言或者私信投稿到本专栏,分享获得双倍的快乐!

1. MultiTimer

本期给大家带来的开源项目是 MultiTimer,一款可无限扩展的软件定时器,作者0x1abin,目前收获 95 个 star,遵循 MIT 开源许可协议。

MultiTimer 是一个软件定时器扩展模块,可无限扩展你所需的定时器任务,取代传统的标志位判断方式, 更优雅更便捷地管理程序的时间触发时序。

项目地址:https://github.com/0x1abin/MultiTimer

2. 移植MultiTimer

2.1. 移植思路

开源项目在移植过程中主要参考项目的readme文档,一般只需两步:

  • ① 添加源码到裸机工程中;
  • ② 实现需要的接口;

2.2. 准备裸机工程

本文中我使用的是小熊派IoT开发套件,主控芯片为STM32L431RCT6:

移植之前需要准备一份裸机工程,我使用STM32CubeMX生成,需要初始化以下配置:

  • 配置一个串口用于打印信息
  • printf重定向

2.3. 添加MultiTimer到工程中

① 复制MultiTimer源码到工程中:

② 在keil中添加 MultiTimer的源码文件:

③ 将MultiTimer头文件路径添加到keil中:

3. 使用MultiTimer

使用时包含头文件:

#include "multi_timer.h"

如果遇到multi_timer.c文件中NULL宏定义报错,则在multi_timer.h中添加<stddef.h>头文件即可。

3.1. 创建Timer对象

/* USER CODE BEGIN PV */
struct Timer timer1;
struct Timer timer2;

/* USER CODE END PV */

3.2. Timer回调函数

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
void timer1_callback()
{
    printf("timer1 timeout!\r\n");
}

void timer2_callback()
{
    printf("timer2 timeout!\r\n");
}
/* USER CODE END 0 */

3.3. 初始化并启动Timer

始化定时器对象,注册定时器回调处理函数,设置定时时间(ms),循环定时触发时间:

/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("multi timer test...\r\n");

//重复计时,周期为1000次,即1000ms=1s
timer_init(&timer1, timer1_callback, 1000, 1000);
timer_start(&timer1);

//单次计时,周期为50次,即50ms
timer_init(&timer2, timer2_callback, 50, 0);
timer_start(&timer2);

/* USER CODE END 2 */

3.4. Timer对象处理

在循环中调用Timer对象处理函数,处理函数会判断链表上的每个定时器是否超时,如果超过,则拉起注册的回调函数:

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
  timer_loop();
}
 /* USER CODE END 3 */

3.5. 提供Timer时基信号

MultiTimer中所有的定时器都是通过一个32位的计数值_timer_ticks来判断的,所以需要一个硬件定时器提供时基信号,递增该值。

本文中使用的是STM32HAL库,所以通过Systick来提供,无需设置额外的定时器。

main.c文件的最后编写Systick回调函数:

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
    //给multi timer提供时基信号
    timer_ticks(); //1ms ticks
}

/* USER CODE END 4 */

然后在stm32l4xx_it.c中调用该回调函数:

/**
  * @brief This function handles System tick timer.
  */
void SysTick_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */
  HAL_SYSTICK_IRQHandler();

  /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */
  HAL_IncTick();
  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */

  /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */
}

接下来编译下载,看在串口助手中看到打印的日志:

4. MultiTimer设计思想解读

4.1. 软件定时器设计思想

MultiTimer的设计比较简洁。

设置一个计数值_timer_ticks不断递增,由定时器提供的中断驱动,只计次数,不计时间,有了很大的自由度,一般时基信号设置为1ms一次:

/**
  * @brief  background ticks, timer repeat invoking interval 1ms.
  * @param  None.
  * @retval None.
  */
void timer_ticks()
{
  _timer_ticks++;
}

在程序运行时循环比较定时器设置的超时值是否大于当前_timer_ticks的计数值,如果是则再次判断是否重复计数值是否为0,是则停止定时器,完成单次计时效果,否则修改计数值,最后拉起注册到该定时器的回调函数执行:

/**
  * @brief  main loop.
  * @param  None.
  * @retval None
  */
void timer_loop()
{
  struct Timer* target;
  for(target=head_handle; target; target=target->next) {
    if(_timer_ticks >= target->timeout) {
      if(target->repeat == 0) {
        timer_stop(target);
      } else {
        target->timeout = _timer_ticks + target->repeat;
      }
      target->timeout_cb();
    }
  }
}

4.2. 单链表操作

MultiTimer的代码少,非常适合拿来学习单链表的操作,学习数据结构的过程是乏味的,不如直接来个实例看看是如何操作的。

① 链表的节点设计为一个软件定时器,所以理论上支持的定时器数量只受内存限制。

typedef struct Timer {
    uint32_t timeout;
    uint32_t repeat;
    void (*timeout_cb)(void);
    struct Timer* next;
}Timer;

定时器初始化函数timer_init就是初始化一个链表节点:

void timer_init(struct Timer* handle, void(*timeout_cb)(), uint32_t timeout, uint32_t repeat)
{
  // memset(handle, sizeof(struct Timer), 0);
  handle->timeout_cb = timeout_cb;
  handle->timeout = _timer_ticks + timeout;
  handle->repeat = repeat;
}

② 设置链表头指针,只需知道头指针就能完成对整个单链表的操作:

//timer handle list head.
static struct Timer* head_handle = NULL;

③ 向单链表增加一个节点

向单链表增加一个节点有三种方式:

  • 在单链表尾部增加一个节点
  • 在单链表头部增加一个节点
  • 在单链表中间增加一个节点

MultiTimer中所有的结点都是定时器,每个定时器之间相互独立,不存在先后次序关系,所以无论加到中间,还是加到尾部,还是加到头部,最后的功能都是一样的,但是在插入算法上有优劣性能之分。

先来看看再单链表尾部增加一个节点的算法:

( 我会动哦 )

int timer_start(struct Timer* handle)
{
  /** 
   * 算法1 —— 向单链表尾部添加节点
   * 时间复杂度O(n)
   * Mculover666
   */
  struct Timer* target = head_handle;
  if(head_handle == NULL)
  {
    /* 链表为空 */
    head_handle = handle;
    handle->next = NULL;
  }
  else
  {
    /* 链表中存在节点,遍历找最后一个节点 */
    while(target->next != NULL)
    {
      if(target == handle)
        return -1;
      target = target->next;
    }
    target->next = handle;
    handle->next = NULL;
  }
  
  return 0;
}

这种算法理解简单,实现简单,但是算法时间复杂度秒变为O(n),当n很大时,插入一个节点的时间就会非常久。

再来看看在链表头部插入一个新节点的情况:

( 我会动哦 )

int timer_start(struct Timer* handle)
{
  /** 
   * 算法2 —— 向单链表头部添加节点
   * 时间复杂度O(n),如果去掉判断重复,则时间复杂度O(1)
   * 0x1abin
   */
   struct Timer *target = head_handle;
   
   //判断是否有重复的定时器
   while(target)
   {
    if(target == handle)
    {
      return -1;
    }
    target = target->next;
   }
   handle->next = head_handle;
   head_handle = handle;
   return 0;
}

这里第二种头部插入节点的算法时间复杂度依然是O(n),emmm?

其实,这里因为单链表节点是定时器,在插入的时候需要对整个链表进行判断,避免重复添加同样的定时器节点,所以无论任何一种算法,都需要对单链表进行遍历。

如果在不需要判断重复的情况下,尾部插入算法仍然需要遍历,但是头部插入算法只需要插入就可以,时间复杂度为O(1),算法更优

④ 单链表删除其中一个节点

删除单链表的节点时,因为节点自身只保存有下一个节点的指针,并没有指向上一个节点的指针,所以不能直接入手删除节点,那么如何删除单链表的节点呢?

方法是:设置二级指针(指向Timer类型指针的指针),通过遍历链表的方式来寻找节点中next指针指向删除节点的那个节点,代码如下。

void timer_stop(struct Timer* handle)
{
  struct Timer** curr;
  for(curr = &head_handle; *curr; ) {
    struct Timer* entry = *curr;
    if (entry == handle) {
      *curr = entry->next;
//      free(entry);
    } else
      curr = &entry->next;
  }
}

本文分享自微信公众号 - Mculover666(Mculover666),作者:mculover666

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2020-05-02

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • VSCode和SourceInsight,到底哪个看源码爽?

    在做嵌入式 Linux 开发的时候,经常会阅读大型工程源码,比如 uboot 源代码,Linux Kernel 源码等,所以,选择一个合适的工具来阅读源代码,变...

    Mculover666
  • STM32Cube-12 | 使用通用定时器产生PWM驱动蜂鸣器

    本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的通用定时器外设,产生 PWM 驱动无源蜂鸣器。

    Mculover666
  • MSP430F5529时钟系统深究

    时钟系统是一个数字器件的命脉,对于普通的51单片机来说,它的时钟来源只有外部晶振,然后每12个振荡周期完成一个基本操作,所以也叫做12T单片机,但对于...

    Mculover666
  • 关于学习SEO的一些资料

    2016-05-0418:26:53 发表评论 694℃热度 不论任何网站,当然希望越多人访问越好,除了那些私人网站。那么SEO必不可少,我也是问了自己博客才...

    timhbw
  • 数据清洗 Chapter02 | Matplotlib常用图形

    不温卜火
  • Docker快速搭建WordPress博客网站

    WordPress是一个非常著名的PHP编写的博客平台,发展到目前为止已经形成了一个庞大的网站平台系统。在WP上有规模庞大的插件和主题,可以帮助我们快速建立一个...

    sunsky
  • 用docker快速搭建wordpress博客

    WordPress是一个非常著名的PHP编写的博客平台,发展到目前为止已经形成了一个庞大的网站平台系统。在WP上有规模庞大的插件和主题,可以帮助我们快速建立一个...

    sunsky
  • 长图 | 一图读懂腾讯云会展解决方案

    ? 近日,腾讯发布了全新云会展解决方案,通过线上助展、供采对接、智慧场馆、产业互联四大维度,充分输出腾讯20多年积累的技术、连接和生态能力,为会展行业打造数字...

    腾讯文旅
  • 如何评估、预测系统的QPS

    当我们在设计一套系统的时候,我们要考虑好系统的架构设计、模块划分、技术方案选型、还有系统性能如能够承受的QPS。当我们线上系统能够支撑10W QPS的时候,我们...

    Allen.Wu
  • 电脑屏幕闪烁怎么办?教你两种解决方法

    电脑是必不可少的办公工具,如果电脑不能正常运作会直接导致我们的工作无法正常进行。我们的电脑有时候会出现屏幕一直闪烁的情况,特别影响正常使用电脑...

    高效办公

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券