0引言

　　當(dāng)前，嵌入式系統(tǒng)的軟件代碼日趨復(fù)雜。然而，由于存儲器、定時器等硬件資源仍然相對有限。如何在不影響系統(tǒng)整體性能的情況下，為嵌入式系統(tǒng)提供優(yōu)異的定時性能，使系統(tǒng)能夠高效運(yùn)行，已是一個值得關(guān)注的問題。

　　1軟件定時器

　　軟件定時器是一組定時器實(shí)體的集合，是一種針對不同定時服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的多任務(wù)鏈表類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件定時器可使系統(tǒng)在某一確定時刻執(zhí)行指定操作。它以可編程定時／計數(shù)器或單穩(wěn)延時電路為基礎(chǔ)。利用硬件定時器產(chǎn)生的定時中斷來實(shí)現(xiàn)。雖然軟件定時器也需要占用CPU時間，但是相對于硬件定時器來說，它的資源多，定時時間長，使用靈活，實(shí)現(xiàn)起來簡單方便，因而在復(fù)雜系統(tǒng)或定時器工作方式比較復(fù)雜的應(yīng)用場合更能體現(xiàn)其價值。 對定時器的組織和管理常用的有多隊列式和單鏈表式。前者通過將定時器劃分成不同時長的隊列來減少每次參與計數(shù)的定時器個數(shù)。這種組織方式在空負(fù)載檢查時存在很多冗余操作，而真正有效的操作只占少部分。后者則通過將定時器采取先進(jìn)先出方式來組織定時器隊列，這種方式使用起來雖然比較簡單，但存在以下兩個問題：一是定時器隊列太長。找到所有到點(diǎn)定時器的時間開銷難以接受；二是在當(dāng)時鐘中斷發(fā)生時，需要對所有的定時器的時長域進(jìn)行減法操作，而這部分的時間性開銷很大。 本文采用的是單鏈表定時器隊列，但在定時器隊列組織方式上，根據(jù)各個定時器節(jié)點(diǎn)的定時值，對其按升序進(jìn)行排序，然后按照后一個定時器的值是前面所有定時器值加上本身值的規(guī)則對此節(jié)點(diǎn)重新賦定時值。以使所有的到點(diǎn)定時節(jié)點(diǎn)集中于隊列的前面。由于所有定時器節(jié)點(diǎn)的隱含值均遞減，故可形成一個相對時長定時隊列。這樣，在每次產(chǎn)生時鐘中斷時，只需修改第一個定時器節(jié)點(diǎn)的值即可，從而大大降低了時鐘中斷處理函數(shù)的工作量。當(dāng)需要添加新的定時器節(jié)點(diǎn)時，可在插入定時器進(jìn)入列表前，根據(jù)第一項來修改超時值。對于這樣的組織管理方式，由于第一個節(jié)點(diǎn)就是當(dāng)前定時器鏈表中定時時間最短的節(jié)點(diǎn)，且對鏈表的到期操作只需要集中在第一個節(jié)點(diǎn)上，故能減少對定時器鏈表多余的冗余操作，也免去了查找定時節(jié)點(diǎn)的開銷。

　　2 AT91R40008微處理器

　　AT91R40008是美國ATMEL公司推出的一款基于ARM7TDMI嵌入式微處理器的16／32位微處理器。該器件的定時器／計數(shù)器模塊含有三個完全相同的16位定時器／計數(shù)器通道。每個通道都能獨(dú)立編程來完成多種功能(如頻率測量、事件計數(shù)、時間間隔測量、脈沖產(chǎn)生、延遲和脈沖寬度調(diào)制等)。每個通道有三個外部時鐘輸入、5個內(nèi)部時鐘輸入和2個可由用戶配置的多功能I／O。此外，每個通道還可驅(qū)動一個內(nèi)部信號，以通過A-IC(先進(jìn)中斷控制器)產(chǎn)生處理器中斷。AT91R40008器件中的定時器／計數(shù)器模塊有兩個控制所有通道的全局寄存器。其中模塊控制器寄存器可以使三個通道由同一條指令同時啟動，而模塊模式寄存器則為每一個通道定義了外部時鐘輸入，并允許它們級聯(lián)。每一個定時器／計數(shù)器都可以獨(dú)立工作于兩種模式，分別是捕獲模式和波形模式。前者用于對信號的測量，后者則允許產(chǎn)生波形。通過TC通道模式寄存器的WAVE位可以控制定時器／計數(shù)器的工作模式。定時器的重新設(shè)定和啟動可由觸發(fā)條件決定。每個模式下通常有三種類型的內(nèi)部觸發(fā)和一個外部觸發(fā)。其內(nèi)部的三種觸發(fā)類型分別是：

　　(1)軟件觸發(fā)

　　每個通道有一個軟件觸發(fā)，可通過設(shè)定TC通道控制寄存器的SWTRG來得到。

　　(2)SYNC觸發(fā)

　　每個通道有一個同步觸發(fā)。該信號被響應(yīng)和同一個軟件的一般效果觸發(fā)相同。所有通道的同步信號均可通過設(shè)定TC模塊控制寄存器的SYNC來同時響應(yīng)。

　　(3)RC比較觸發(fā)

　　如果CPCTRG在TC通道模式寄存器被置位，那么，RC將在每個通道中執(zhí)行，此時如果計數(shù)器與RC寄存器中的數(shù)值相匹配，則將得到一個RC比較觸發(fā)。

　　事實(shí)上，定時器通道也能配置成一個外部觸發(fā)器。在捕獲模式中，外部觸發(fā)器信號能在TIOA和TIOB之間被選擇而執(zhí)行一個觸發(fā)。而在波形模式中，外部事件則可通過TIOB、XC0、XC1或XC2編程來執(zhí)行一個觸發(fā)。如果產(chǎn)生一個外部觸發(fā)，那么，脈沖周期必須比系統(tǒng)時鐘周期更長才能保證該觸發(fā)被檢測到。

　　3軟件定時器的實(shí)現(xiàn)

　　由于AT91R40008中的三個定時器／計數(shù)器都是16位，所以每個計數(shù)器的值只能從0x0000增加到0xFFFF，在溢出中斷以后，這個值將重新從0x0000開始。該特性限制了定時器／計數(shù)器單次最長的定時時間。為此，本文采用改進(jìn)的單鏈表方式組織定時器鏈表，這樣，在定時器中斷上，硬件定時器不再周期性地產(chǎn)生中斷請求，而只在用戶預(yù)先指定的時刻產(chǎn)生，同時將下一次中斷發(fā)生時間動態(tài)寫入硬件定時器。

　　軟件定時器的實(shí)現(xiàn)可通過各種函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，主要有定時器驅(qū)動函數(shù)、定時器的初始化函數(shù)、定時器任務(wù)函數(shù)、定時器的啟動和關(guān)閉函數(shù)、定時器的添加和刪除函數(shù)以及定時器中斷處理函數(shù)等。

　　3.1定時器的驅(qū)動

　　軟件定時器可通過一個16位定時器／計數(shù)器來提供定時中斷，然后關(guān)閉定時器／計數(shù)器相應(yīng)的中斷并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，然后打開相應(yīng)的中斷來完成。定時器驅(qū)動流程圖如圖1所示。

　　3.2定時器初始化

　　定時器初始化函數(shù)主要是初始化定時器單鏈表，給定時器單鏈表分配一塊內(nèi)存單元；該函數(shù)將設(shè)置一個頭結(jié)點(diǎn)，這個頭結(jié)點(diǎn)包含定有時器鏈表中定時器單元個數(shù)、定時器單元句柄以及指向單鏈表隊列的頭指針。然后創(chuàng)建一個定時器任務(wù)，以作為定時器到期時的執(zhí)行函數(shù)。

　　3.3定時器的啟動和關(guān)閉

　　定時器啟動函數(shù)可通過設(shè)置定時器寄存器TC_RC(TC寄存器)和TC_CCR(TC通道控制寄存器)來實(shí)現(xiàn)，而定時器關(guān)閉函數(shù)則可通過TC_CCR(TC通道控制寄存器)和TC_SR(TC狀態(tài)寄存器)來執(zhí)行。

　　3.4定時器的添加和刪除

　　在定時器添加函數(shù)中，需要判斷新加的定時器所要插入的位置。插入時，如果鏈表為空，則直接插入第一個節(jié)點(diǎn)位置；否則，需要將新加的定時器值與鏈表中其余元素做一個比較，以找到新加的定時器在鏈表中的合適位置，同時相應(yīng)修改自身的定時值。其示意性代碼如下：

　　3.5定時器中斷處理

　　在定時器中斷處理函數(shù)中，首先要求得逝去的定時器ticks值。然后將這個值與定時器隊列的第一個定時器節(jié)點(diǎn)做比較，以判斷第一個定時器節(jié)點(diǎn)是否定時時間到。這個函數(shù)的示意性代碼如下：

　　3.6定時器任務(wù)

　　在定時器任務(wù)中設(shè)置有一個無限循環(huán)等待，可創(chuàng)建一個定時器等待消息隊列，以等待定時消息的到來。定時器消息到時，即執(zhí)行這個定時消息所對應(yīng)的任務(wù)，同時釋放該函數(shù)定時器所占用的定時器單元節(jié)點(diǎn)，然后開始下一輪循環(huán)。

　　4軟件定時器應(yīng)用實(shí)例

　　為了檢驗(yàn)上述算法的可行性和可靠性，筆者采用RC比較觸發(fā)方式來對定時器報文進(jìn)行了設(shè)計。其中時鐘信號選擇為MCK／1024，即MCK為50MHz，ticks為62500，也就是每1.28s產(chǎn)生一次定時器中斷，設(shè)置定時時間為5s。運(yùn)行該應(yīng)用程序后，用Sniffer抓包軟件抓獲的報文如圖2所示。

　　由圖2可以看出，取平均值后，定時器任務(wù)間隔時間約為5.000 207s，完全可以達(dá)到設(shè)計要求，滿足設(shè)計需要。

　　5 結(jié)束語

　　本文介紹了一種在AT91微處理器上通過單鏈表實(shí)現(xiàn)的軟件定時器的設(shè)計方法。雖然創(chuàng)建時，該定時器的到期時間是亂序的，但啟動后的定時器則會嚴(yán)格按照到期時間的先后順序形成定時器單鏈表，并依次進(jìn)入定時中斷同時發(fā)出對應(yīng)消息。經(jīng)過測試。利用此定時器隊列管理機(jī)制，能夠簡單有效地滿足系統(tǒng)對定時器的需求，同時節(jié)省了嵌入式系統(tǒng)定時管理所需要的計算資源。