[uCOS/RTOS] 分享下硬件定时器使用指南 基于RT-Thread

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 楼主 | 2019-1-10 10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
定时器简介
硬件定时器一般有 2 种工作模式,定时器模式和计数器模式。不管是工作在哪一种模式,实质都是通过内部计数器模块对脉冲信号进行计数。下面是定时器的一些重要概念。
计数器模式:对外部输入引脚的外部脉冲信号计数。
定时器模式:对内部脉冲信号计数。定时器常用作定时时钟,以实现定时检测,定时响应、定时控制。
计数器:计数器可以递增计数或者递减计数。16位计数器的最大计数值为65535,32位的最大值为4294967295。
计数频率:定时器模式时,计数器单位时间内的计数次数,由于系统时钟频率是定值,所以可以根据计数器的计数值计算出定时时间,定时时间 = 计数值 / 计数频率。例如计数频率为 1MHz,计数器计数一次的时间则为 1 / 1000000, 也就是每经过 1 微秒计数器加一(或减一),此时 16 位计数器的最大定时能力为 65535 微秒,即 65.535 毫秒。
访问硬件定时器设备
应用程序通过 RT-Thread 提供的 I/O 设备管理接口来访问硬件定时器设备,相关接口如下所示:
函数原型
功能简介

rt_device_find()查找定时器设备
rt_device_open()以读写方式打开定时器设备
rt_device_set_rx_indicate()设置超时回调函数
rt_device_control()控制定时器设备,可以设置定时模式(单次/周期)/计数频率,或者停止定时器
rt_device_write()设置定时器超时值,定时器随即启动
rt_device_read()获取定时器当前值
rt_device_close()关闭定时器设备查找定时器设备
应用程序根据硬件定时器设备名称获取设备句柄,进而可以操作硬件定时器设备,查找设备函数如下所示:
1rt_device_t rt_device_find(const char* name);
参数
描述

name硬件定时器设备名称
返回——
定时器设备句柄查找到对应设备将返回相应的设备句柄
RT_NULL没有找到设备
一般情况下,注册到系统的硬件定时器设备名称为 timer0,timer1等,使用示例如下所示:
1#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
2rt_device_t hw_dev;                        /* 定时器设备句柄 */   
3/* 查找定时器设备 */
4hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
打开定时器设备
通过设备句柄,应用程序可以打开设备。打开设备时,会检测设备是否已经初始化,没有初始化则会默认调用初始化接口初始化设备。通过如下函数打开设备:
1rt_err_t rt_device_open(rt_device_t dev, rt_uint16_t oflags);
参数
描述

dev硬件定时器设备句柄
oflags设备打开模式,一般以读写方式打开,即取值:RT_DEVICE_OFLAG_RDWR
返回——
RT_EOK设备打开成功
其他错误码设备打开失败
使用示例如下所示:
1#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
2rt_device_t hw_dev;                        /* 定时器设备句柄 */   
3/* 查找定时器设备 */
4hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
5/* 以读写方式打开设备 */
6rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
设置超时回调函数
通过如下函数设置定时器超时回调函数,当定时器超时将会调用此回调函数:
1rt_err_t rt_device_set_rx_indicate(rt_device_t dev, rt_err_t (*rx_ind)(rt_device_t dev,rt_size_t size))
参数
描述

dev设备句柄
rx_ind超时回调函数,由调用者提供
返回——
RT_EOK成功
使用示例如下所示:
1#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
2rt_device_t hw_dev;                        /* 定时器设备句柄 */
3
4/* 定时器超时回调函数 */
5static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)
6{
7    rt_kprintf("this is hwtimer timeout callback fucntion!\n");
8    rt_kprintf("tick is :%d !\n", rt_tick_get());
9
10    return 0;
11}
12
13static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
14{
15    /* 查找定时器设备 */
16    hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
17    /* 以读写方式打开设备 */
18    rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
19    /* 设置超时回调函数 */
20    rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);
21}
控制定时器设备
通过命令控制字,应用程序可以对硬件定时器设备进行配置,通过如下函数完成:
1rt_err_t rt_device_control(rt_device_t dev, rt_uint8_t cmd, void* arg);
参数
描述

dev设备句柄
cmd命令控制字
arg控制的参数
返回——
RT_EOK函数执行成功
-RT_ENOSYS执行失败,dev 为空
其他错误码执行失败
硬件定时器设备支持的命令控制字如下所示:
控制字
描述

HWTIMER_CTRL_FREQ_SET设置计数频率
HWTIMER_CTRL_STOP停止定时器
HWTIMER_CTRL_INFO_GET获取定时器特征信息
HWTIMER_CTRL_MODE_SET设置定时器模式
获取定时器特征信息参数 arg 为指向结构体 struct rt_hwtimer_info 的指针,作为一个输出参数保存获取的信息。
设置定时器模式时,参数 arg 可取如下值:
1HWTIMER_MODE_ONESHOT    单次定时
2HWTIMER_MODE_PERIOD        周期性定时
设置定时器计数频率和定时模式的使用示例如下所示:
1#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
2rt_device_t hw_dev;                        /* 定时器设备句柄 */
3rt_hwtimer_mode_t mode;         /* 定时器模式 */
4rt_uint32_t freq = 10000;       /* 计数频率 */
5
6/* 定时器超时回调函数 */
7static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)
8{
9    rt_kprintf("this is hwtimer timeout callback fucntion!\n");
10    rt_kprintf("tick is :%d !\n", rt_tick_get());
11
12    return 0;
13}
14
15static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
16{
17    /* 查找定时器设备 */
18    hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
19    /* 以读写方式打开设备 */
20    rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
21    /* 设置超时回调函数 */
22    rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);
23
24    /* 设置计数频率(默认1Mhz或支持的最小计数频率) */
25    rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);
26    /* 设置模式为周期性定时器 */
27    mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;
28    rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);
29}
设置定时器超时值
通过如下函数可以设置定时器的超时值:
1rt_size_t rt_device_write(rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void* buffer, rt_size_t size);
参数
描述

dev设备句柄
pos写入数据偏移量,未使用,可取 0 值
buffer指向定时器超时时间结构体的指针
size超时时间结构体的大小
返回——
写入数据的实际大小
0失败
超时时间结构体原型如下所示:
1typedef struct rt_hwtimerval
2{

3    rt_int32_t sec;      /* 秒 s */
4    rt_int32_t usec;     /* 微秒 us */
5} rt_hwtimerval_t;
设置定时器超时值的使用示例如下所示:
1#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
2rt_device_t hw_dev;                        /* 定时器设备句柄 */
3rt_hwtimer_mode_t mode;         /* 定时器模式 */
4rt_uint32_t freq = 10000;       /* 计数频率 */
5rt_hwtimerval_t timeout_s;        /* 定时器超时值 */
6
7/* 定时器超时回调函数 */
8static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)
9{
10    rt_kprintf("this is hwtimer timeout callback fucntion!\n");
11    rt_kprintf("tick is :%d !\n", rt_tick_get());
12
13    return 0;
14}
15
16static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
17{
18    /* 查找定时器设备 */
19    hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
20    /* 以读写方式打开设备 */
21    rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
22    /* 设置超时回调函数 */
23    rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);
24    /* 设置计数频率(默认1Mhz或支持的最小计数频率) */
25    rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);
26    /* 设置模式为周期性定时器 */
27    mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;
28    rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);
29
30    /* 设置定时器超时值为5s并启动定时器 */
31    timeout_s.sec = 5;      /* 秒 */
32    timeout_s.usec = 0;     /* 微秒 */
33    rt_device_write(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s)) != sizeof(timeout_s)
34}
获取定时器当前值
通过如下函数可以获取定时器当前值:
1rt_size_t rt_device_read(rt_device_t dev, rt_off_t pos, void* buffer, rt_size_t size);
参数
描述

dev定时器设备句柄
pos写入数据偏移量,未使用,可取 0 值
buffer输出参数,指向定时器超时时间结构体的指针
size超时时间结构体的大小
返回——
超时时间结构体的大小成功
0失败
使用示例如下所示:
1rt_hwtimerval_t timeout_s;        /* 用于保存定时器经过时间 */
2/* 读取定时器经过时间 */
3rt_device_read(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s));
关闭定时器设备
通过如下函数可以关闭定时器设备:
1rt_err_t rt_device_close(rt_device_t dev);
参数
描述

dev定时器设备句柄
返回——
RT_EOK关闭设备成功
-RT_ERROR设备已经完全关闭,不能重复关闭设备
其他错误码关闭设备失败
关闭设备接口和打开设备接口需配对使用,打开一次设备对应要关闭一次设备,这样设备才会被完全关闭,否则设备仍处于未关闭状态。
使用示例如下所示:
1#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
2rt_device_t hw_dev;                        /* 定时器设备句柄 */   
3/* 查找定时器设备 */
4hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
5... ...
6rt_device_close(hw_dev);
!!! note "注意事项"
    可能出现定时误差。假设计数器最大值 0xFFFF,计数频率 1Mhz,定时时间 1 秒又 1 微秒。由于定时器一次最多只能计时到 65535us,对于 1000001us 的定时要求。可以 50000us 定时 20 次完成,此时将会出现计算误差 1us。
硬件定时器设备使用示例
硬件定时器设备的具体使用方式可以参考如下示例代码,示例代码的主要步骤如下:
  • 首先根据定时器设备名称 “timer0” 查找设备获取设备句柄。
  • 以读写方式打开设备 “timer0” 。
  • 设置定时器超时回调函数并设置定时器计数频率为 10000。
  • 设置定时器模式为周期性定时器,并设置超时时间为 5 秒,此时定时器启动。
  • 延时 3500ms 后读取定时器时间,读取到的值会以秒和微秒的形式显示。


 楼主 | 2019-1-10 10:01 | 显示全部楼层
1/*
2 * 程序清单:这是一个 hwtimer 设备使用例程
3 * 例程导出了 hwtimer_sample 命令到控制终端
4 * 命令调用格式:hwtimer_sample
5 * 程序功能:硬件定时器超时回调函数周期性的打印当前tick值,2次tick值之差换算为时间等同于定时时间值。
6*/
7
8#include <rtthread.h>
9#include <rtdevice.h>
10
11#define HWTIMER_DEV_NAME   "timer0"     /* 定时器名称 */
12
13/* 定时器超时回调函数 */
14static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)
15{
16    rt_kprintf("this is hwtimer timeout callback fucntion!\n");
17    rt_kprintf("tick is :%d !\n", rt_tick_get());
18
19    return 0;
20}
21
22static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
23{
24    rt_err_t ret = RT_EOK;
25    rt_hwtimerval_t timeout_s;      /* 定时器超时值 */
26    rt_device_t hw_dev = RT_NULL;   /* 定时器设备句柄 */
27    rt_hwtimer_mode_t mode;         /* 定时器模式 */
28    rt_uint32_t freq = 10000;       /* 计数频率 */
29
30    /* 查找定时器设备 */
31    hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
32    if (hw_dev == RT_NULL)
33    {
34        rt_kprintf("hwtimer sample run failed! can't find %s device!\n", HWTIMER_DEV_NAME);
35        return RT_ERROR;
36    }
37
38    /* 以读写方式打开设备 */
39    ret = rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
40    if (ret != RT_EOK)
41    {
42        rt_kprintf("open %s device failed!\n", HWTIMER_DEV_NAME);
43        return ret;
44    }
45
46    /* 设置超时回调函数 */
47    rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);
48
49    /* 设置计数频率(默认1Mhz或支持的最小计数频率) */
50    ret = rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);
51    if (ret != RT_EOK)
52    {
53        rt_kprintf("set frequency failed! ret is :%d\n", ret);
54        return ret;
55    }
56
57    /* 设置模式为周期性定时器 */
58    mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;
59    ret = rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);
60    if (ret != RT_EOK)
61    {
62        rt_kprintf("set mode failed! ret is :%d\n", ret);
63        return ret;
64    }
65
66    /* 设置定时器超时值为5s并启动定时器 */
67    timeout_s.sec = 5;      /* 秒 */
68    timeout_s.usec = 0;     /* 微秒 */
69
70    if (rt_device_write(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s)) != sizeof(timeout_s))
71    {
72        rt_kprintf("set timeout value failed\n");
73        return RT_ERROR;
74    }
75
76    /* 延时3500ms */
77    rt_thread_mdelay(3500);
78
79    /* 读取定时器当前值 */
80    rt_device_read(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s));
81    rt_kprintf("Read: Sec = %d, Usec = %d\n", timeout_s.sec, timeout_s.usec);
82
83    return ret;
84}
85/* 导出到 msh 命令列表中 */
86MSH_CMD_EXPORT(hwtimer_sample, hwtimer sample);
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