硬件定时器
区别于 rt-thread 内核实现的两种定时器，这种定时器依赖芯片内置的定时器外设，依靠稳定高速的晶振实现精确定时，可以实现 rt_timer 无法达到的定时精度。硬件定时器最重要的两个参数是定时器时钟和定时器重载值。 定时器时钟越高，定时器精度越高；重载值越大，实现的定时时间越长。 在定时器时钟一定的前提下，重载值就决定了定时器定时时间的准确性。 两种计算重载值算法hwtimer.c 文件 timeout_calc 函数实现 1 float overflow;
2 float timeout;
3 rt_uint32_t counter;
4 int i, index = 0;
5 float tv_sec;
6 float devi_min = 1;
7 float devi;
8
9 /* changed to second */
10 overflow = timer->maxcnt/(float)timer->freq;
11 tv_sec = tv->sec + tv->usec/(float)1000000;
12
13 if (tv_sec < (1/(float)timer->freq))
14 {
15 /* little timeout */
16 i = 0;
17 timeout = 1/(float)timer->freq;
18 }
19 else
20 {
21 for (i = 1; i > 0; i ++)
22 {
23 timeout = tv_sec/i;
24
25 if (timeout <= overflow)
26 {
27 counter = timeout*timer->freq;
28 devi = tv_sec - (counter/(float)timer->freq)*i;
29 /* Minimum calculation error */
30 if (devi > devi_min)
31 {
32 i = index;
33 timeout = tv_sec/i;
34 break;
35 }
36 else if (devi == 0)
37 {
38 break;
39 }
40 else if (devi < devi_min)
41 {
42 devi_min = devi;
43 index = i;
44 }
45 }
46 }
47 }
48
49 timer->cycles = i;
50 timer->reload = i;
51 timer->period_sec = timeout;
52 counter = timeout*timer->freq;
53
54 return counter;
第二种实现，
1 rt_uint32_t counter, reload;
2 rt_uint32_t timer_cnt;
3 int i, index = 0, n0, n1;
4 float tv_sec;
5 rt_uint32_t dev, dev_min;
6
7 /* changed to second */
8 tv_sec = tv->sec + tv->usec/(float)1000000.0;
9 timer_cnt = tv_sec * timer->freq;
10
11 if (timer_cnt == 0) {
12 timer_cnt = 1;
13 }
14 if (timer_cnt < timer->maxcnt) {
15 timer->cycles = timer->reload = 1;
16 timer->period_sec = tv_sec;
17 counter = timer_cnt;
18 return counter;
19 }
20 if (timer_cnt % timer->maxcnt == 0) {
21 timer->cycles = timer->reload = timer_cnt / timer->maxcnt;
22 timer->period_sec = tv_sec;
23 counter = timer_cnt;
24 return counter;
25 }
26 n0 = timer_cnt / timer->maxcnt + 1;
27 n1 = timer_cnt / 2;
28 dev_min = n0;
29 for (i = n0; i < n1; i++) {
30 reload = (rt_uint32_t)(timer_cnt / i);
31 dev = timer_cnt - reload * i;
32 if (dev == 0) {
33 // end
34 index = i;
35 break;
36 } else if (dev < dev_min) {
37 dev_min = dev;
38 index = i;
39 }
40 }
41 timer->cycles = timer->reload = index;
42 timer->period_sec = index / timer->freq;
43 counter = timer_cnt / index;
44 return counter;
测试环境定时器频率设定 1M。定时器最大重载值 65535。 系统：win10 IDE：Qt Creator 最大定时范围两种算法，最主要的差别在于前一种用 float 运算，因为 float 可以表达的值范围更大，定时时间可以更长。 而在 1M 定时器时钟前提下，用 32 位无符号整型 timer_cnt，最大可以处理时间仅有 4294.967295s。 精度 PK这里不支持嵌入 html 表格，只好贴图了 分别选各个量级的时间，用两种算法计算，第二种算法可以把误差降低到0，但是也暴露出一些问题，在某些时间，例如 3.230970s、12.230970s、14.230970s... 误差是很小，定时器重载值也很小，这是我们不愿意看到的。 第一种算法，在计算大于 1000 的数时，误差也随之增大。比如 1000s 误差为 3.236ms；4293.0s 误差为 64.080ms。 运算速度测试方法：抽取某几个时间值，循环 1M 次运算，计量 1M 次运算总耗时时间。
从抽取的几个值测试结果看，第一种算法耗时比较稳定，第二种算法对不同值的运算时间差异很大。特别的，3.317s 这个值用第二种算法，1M 次运算总耗时时间可能达到 3000s。
从上一小节的精度比对可以看出，第二种算法对精度要求太高了。下面降低第二种算法的精度，达到和第一种一样的精度再重复一次。修改代码如下 1 if (dev == 0) {
2 // end
3 index = i;
4 break;
5 } else if (dev > dev_min) {
6 break;
7 } else if (dev < dev_min) {
8 dev_min = dev;
9 index = i;
10 }
再次测试结果：
我们可以看出来，在相同精度条件下，第二种算法的运算速度比第一种快很多，而且耗时反而变得更集中。 其实，对结束条件再次修正，将 dev == 0 的严苛误差条件换成 dev <= 1 也不会出现上面 3000+s 慢速。 1 if (dev <= 1) {
2 // end
3 index = i;
4 break;
5 } else if (dev > dev_min) {
6 break;
7 } else if (dev < dev_min) {
8 dev_min = dev;
9 index = i;
10 }超过 4295s 的超长定时需要修改 rt_uint64_t timer_cnt 的定义为 64 位无符号整型 rt_uint64_t timer_cnt 。 又因为定时时间很长很长，对误差要求可以降低一些，对第二种算法做的第二处修改: 1 if (dev <= 500) {
2 // end
3 index = i;
4 break;
5 } else if (dev < dev_min) {
6 dev_min = dev;
7 index = i;
8 }
超长时间，第二种算法的表现也很优秀。第三组数据第一种方法竟然出错了，没算出结果。 下面是 10k 次（没有进行 1W 次是因为有些时间太长了）运算时间统计 返璞归真以上是对两种算法从不同角度进行的比对测验。看似用 float 可以计算更大的定时数，但是，测试结果并不那么理想。使用 64位整型数计算，可能得到比用 float 更精确的结果。 使用 32 位无符号整型数运算虽然最大定时时间只有 4294.9s 。但是我们也看到了，第一种方法有可能出现计算误差的，当误差超过 1ms 我们用 rt_thread_mdelay 或者 rt-thread 的软/硬定时器，可能结果比硬件定时器更精确了，反而失去了精确定时器的意义。在这个前提下，使用 32 位无符号整型数已经足够了。 算法及测试源码见： https://gitee.com/thewon/rt_thread_repo/tree/master/user
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