8/16bits 软定时器实现

8/16bits 软定时器实现

 

需求：
作为是系统的控制中心，mcu常常要掌握时间尺度，比如
一个按键根据按键时间是否大于3s分为长短按键，长短按键分别实现不同功能；
故障时响报警，如果10s内无干预则自动停止运行；
每1s对电流积分，计算电量。
...

高级语言如VB编程中可以使用定时器，方便地掌握时间。曾经在某电话公司工作过很短一段时间，电话系统中需要使用大量定时器。那时我还是菜菜鸟，对定时器的需求理解也很浅，没有掌握那种软定时器的使用，更别说它是怎么实现的，现在想来后悔——离开时正如师父所说“连毛都没带走”。现在我学习uCOS-II，时常感叹设计的巧妙，这对本文的软定时器的实现有所启发。

 

① 平台、指标
8bit MCU。
精度 1ms
时长 256、65536
数量 N=8
占用内存 N*TR + x // tr是计时单元，与时长有关。x 是软定时系统共用变量。
超时方式 设置标志，停止计时。

 

② 用户接口定义
根据时长，定时器分为 8位、16位，共8个。
宏定义 N_TIME8 配置 8位定时器的数量。

void InitTimers();

void SetTimer(int id,int time);

void EnTimer(int id);

void DisTimer(int id);
bool IsTimeOut(int id);

 

③ 编程实现

#include <stdio.h>

typedef unsigned char uint8;
typedef unsigned short uint16;

#define N_TIME8 4    // configure number of 8bit-timer.

uint8 TR8[N_TIME8];    // Timer register

uint16 TR16[8-N_TIME8];

uint8 TER; // timer Enable register

uint8 TFR; // timeout flags.

void Tick(); // decrement every TimerRegister, if 1→0 set TFi.

/*
void InitTimers();
void SetTimer(int id,int time); // macro
bool IsTimeOut(int id);
void DisTimer(int id);
*/

/*
Tick() 由硬件定时器驱动，周期1ms。
8个定时器分为2组，建立一个表用于快速下一个使能了的计数器。这个表只有16字节，可以节省一些时间开销。这对于中断服务程序来说是很宝贵的。

  反问：这样真的节省时间了吗？
  ① 当所有定时器都开启时，这种方式与 for(i=0; i<8; i++)相比，哪个更快？
  ② 多少定时器开启时，两种方式耗时相当？
*/

uint8 NextTimerTab[16]={0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0};
void Tick()
{
    uint8 map;
    uint8 nextTimer;
    
    // group1: timer 0,1,2,3

    // 使能了，并且非0的定时器需要倒计时。// 这过滤了为0的定时器，计时单元自减时不需要判断是否为0.

    map = (TER & ~TFR) & 0x0f;
    while(map != 0)
    {
        nextTimer = NextTimerTab[map];
        map &= ~(1<<nextTimer);
        if(nextTimer<N_TIME8)
        {
            if(--TR8[nextTimer] == 0)
                TFR |= 1<<nextTimer;
        }
        else
        {
            if(--TR16[nextTimer-N_TIME8] == 0)
                TFR |= 1<<nextTimer;
        }
    }
    
    // group2: timer 4,5,6,7

    map = (TER&~TFR) & 0xf0;
    map >>= 4;
    while(map != 0)
    {
        nextTimer = NextTimerTab[map];
        map &= ~(1<<nextTimer);
        nextTimer += 4; // index

        if(nextTimer<N_TIME8)
        {
            if(--TR8[nextTimer] == 0)
                TFR |= 1<<nextTimer;
        }
        else
        {
            if(--TR16[nextTimer-N_TIME8] == 0)
                TFR |= 1<<nextTimer;
        }
    }
}

void InitTimers()
{
TER = 0;
TFR = 0;
// TR[]={0};
}
/*
// void SetTimer(id,time); // macro
 可以放心，一般8bit-mcu的编译器不会把它优化掉。这里用do{}while(0)实现了语句块的宏定义
*/
#define SetTimer(id, time) do{if(id<N_TIME8)TR8[id]=time;else TR16[id-N_TIME8]=time;}while(0)

#define EnTimer(id) (TER |= 1<<id)

#define DisTimer(id) (TER &= ~(1<<id))

/*
// bool IsTimeOut(int id); // macro
id的值不会大于7,why? C的原则：信任程序员 & 程序员应该知道自己正在做什么。
*/
#define IsTimeOut(id) (TFR & (1<<id))

/*
前面几个操作都是用宏实现的。为什么呢？
不是因为函数调用消耗更多时间，想想你自己吧，一年才在家呆2周，老妈会因为你早日睡懒觉而生气吗？
因为函数调用需要堆栈。8bit-mcu 如holtek函数调用使用硬件堆栈，要严格控制函数层次。
*/

// ④ demo

void main()
{
    int i=0;

    InitTimers();
    SetTimer(0, 3); // 8bits-timer

    SetTimer(1, 5);
    SetTimer(5, 7);// 16bits-timer

    EnTimer(0);
    EnTimer(1);
    EnTimer(5);

    while(1)
    {
        Tick();        // Debug in VC6.0. Simulate timer-ISR ~
        if(i++>10)break; // End loop. 10 > max(3,5,7) 

        printf("\n%d====================\n", i);
        if(!IsTimeOut(0))
            printf("0\t");
        else
        {
            printf("0_%s\t", "time out");
            //DisTimer(5); // test DisTimer()
        }
        if(!IsTimeOut(1))
            printf("1\t");
        else
            printf("1_%s\t", "time out");
        if(!IsTimeOut(5))
            printf("5\t");
        else
            printf("5_%s\t", "time out");
    }
    printf("End\n");
}


输出：

1====================
0 1 5
2====================
0 1 5
3====================
0_time out 1 5
4====================
0_time out 1 5
5====================
0_time out 1_time out 5
6====================
0_time out 1_time out 5
7====================
0_time out 1_time out 5_time out
8====================
0_time out 1_time out 5_time out
9====================
0_time out 1_time out 5_time out
10====================
0_time out 1_time out 5_time out
11====================
0_time out 1_time out 5_time out End

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