2.5 定时器（timer）

2.5.1 基本概念

tick一般是作为任务延迟调度的内部机制，其接口主要为系统内部使用。对于使用操作系统的应用软件，也需要定时触发相关功能的接口，包括单次定时器和周期定时器。从用户层面来讲，用户不关注底层CPU的定时机制以及tick的调度，他们希望的定时器接口是可以创建和使能一个软件接口定时器，时间到了之后，用户的钩子函数能被执行。而对于操作系统的定时器本身来讲，也需要屏蔽底层定时模块的差异。因此，在软件层面上，对于定时器硬件相关的操作由tick模块完成，定时器模块基于tick作为最基本的时间调度单元，即最小时间周期，来推动自身时间轴的运行。

Rhino提供基本的软件定时器功能，包括定时器的创建、删除、运行，以及单次和周期定时器。

2.5.2 定时器的实现原理

操作系统需要完成定时器的两个功能：一个是定时器的管理；另一个是定时器的运行。

1．定时器的管理

定时器的管理主要包括定时器的创建、删除、启动、停止以及参数变更。在多任务系统中，对于共享资源，比如同一个定时器的操作都需要保证互斥，这就需要操作系统在管理定时器时增加关中断或者加锁操作。本操作系统通过命令buffer缓冲的方式实现了定时器管理的免锁机制，提高了管理和运行效率。其实现机制是使用操作系统本身的buf_queue机制，集成在定时器管理中的处理机制可以参看图2-7。

定时器管理接口如创建或者删除定时器接口被调用后，向命令buffer写入命令，设置需要配置的定时器、参数相关信息。timer任务循环从命令buffer中读取信息处理。

2．定时器的运行

timer任务除了处理管理命令外，还需要进行当前所有已运行定时器的实时调度。所有正在运行的timer都会被挂接在g_timer_head队列，timer任务循环从g_timer_head中取出时间最近一次的定时器，通过当前tick计数和该定时器的超时tick数来判断是否到定时时间，如果该定时器触发时间已到，则立即执行其处理函数；否则代表最近一次的定时器触发时间尚未到来，则在此段尚未到达时间之内，继续从命令buffer中收取消息，直到定时器触发时间到来后，再立即执行定时器处理函数。

上述流程在g_timer_head中有待处理定时器时才会进入，如果没有待处理定时器，定时器任务将只会进入定时器管理循环中。

2.5.3 定时器模块初始化

使用timer模块，首先需要确保k_config.h中宏RHINO_CONFIG_TIMER已打开。其模块初始化函数只有一个接口：void ktimer_init（void），此接口主要完成以下三个工作：

（1）初始化timer队列g_timer_head；

（2）初始化timer定时器管理buffer队列g_timer_queue；

（3）创建定时器基本处理任务g_timer_task。

2.5.4 定时器基本接口

1．定时器创建

静态创建函数原型：

      kstat_t krhino_timer_create（ktimer_t *timer, const name_t *name, timer_cb_t cb,
                      sys_time_t first, sys_time_t round, void *arg, uint8_t auto_run）

其中的主要参数意义分别为：

timer：用户传入定时器管理句柄；

cb：定时器处理钩子；

first：第一次延时时间；

round：后续周期定时时间；

auto_run：是否立即运行，不需要另外调用start。

动态创建函数原型：

      kstat_t krhino_timer_dyn_create（ktimer_t **timer, const name_t *name, timer_
  cb_t cb, sys_time_t first, sys_time_t round, void *arg, uint8_t auto_run）

其与静态创建函数的主要区别在于timer是出参，内存不需要用户指定，由内部申请返回。

定时器基本接口的代码样例及其简单说明如下所示：

    ret=krhino_timer_create（&g_timer, "g_timer", timer_handler,1 ,0, NULL,0）；

上述样例表示创建名字为g_timer的单次定时器，定时时间为1个tick。

    ret=krhino_timer_create（&g_timer, "g_timer", timer_handler,1 ,10, NULL,0）；

上述样例表示创建名字为g_timer的周期定时器，首次定时时间为1个tick，后续定时周期为10个tick。

      ret=krhino_timer_create（&g_timer, "g_timer", timer_handler,1 ,10 , NULL,1）；

上述样例表示创建名字为g_timer的周期定时器，首次定时时间为1个tick，后续定时周期为10个tick，并且立即执行，不需要额外调用start。

2．定时器删除

静态删除函数原型：

      kstat_t krhino_timer_del（ktimer_t *timer）

动态删除函数原型：

      kstat_t krhino_timer_dyn_del（ktimer_t *timer）

krhino_timer_del只能释放krhino_timer_create创建的定时器；krhino_timer_dyn_del只能释放krhino_timer_dyn_create创建的定时器。动态删除接口会释放timer内存。

3．定时器启动和停止

启动接口：

      kstat_t krhino_timer_start（ktimer_t *timer）

停止接口：

      kstat_t krhino_timer_stop（ktimer_t *timer）

除了在start阶段设置timer为自动启动外，其他定时器都需要调用krhino_timer_start来运行timer，并将该定时器加入g_timer_head队列；同理，krhino_timer_stop会将其从g_timer_head队列中删除。

4．参数变更接口

定时时长变更接口：

      kstat_t krhino_timer_change （ktimer_t *timer, sys_time_t first, sys_time_t
  round）

此接口允许修改初次和周期定时时长。

接口限制：需要在定时器处于未启动状态时才能修改。

参数变更接口：

      kstat_t krhino_timer_arg_change（ktimer_t *timer, void *arg）

此函数修改定时器触发时，传入钩子函数的参数。

接口限制：需要在定时器处于未启动状态时才能修改。

自动参数变更接口：

      kstat_t krhino_timer_arg_change_auto（ktimer_t *timer, void *arg）

此接口会完成定时器停止、参数修改、重新启动等一连串动作。

5．总结

一般来说，tick负责内部任务的调度，因此是内核模块的必选项；timer是基于tick单元虚拟的软件定时器模块，如果用户不使用此模块，可以修改对应k_config.h的宏RHINO_CONFIG_TIMER。此模块提供了定时器基本的创建、启动、停止、删除等功能，使用时请按照上面的接口限制来正确使用。