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。
本定时器设备框架内部会自动处理硬件定时器超时的问题,例如16位定时器在1MHz的频率下最大只能维持65.535ms。但是在本定时器框架下,用户可以将定时器的溢出时间设置为例如500ms,框架内部会自动处理硬件溢出问题。当时间达到500ms后,框架会调用用户预先设置好的回调函数。
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 | 描述 |
---|---|
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 |
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:
rt_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:
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
rt_device_t hw_dev; /* 定时器设备句柄 */
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
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:
rt_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:
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
rt_device_t hw_dev; /* 定时器设备句柄 */
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
/* 以读写方式打开设备 */
rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
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:
rt_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:
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
rt_device_t hw_dev; /* 定时器设备句柄 */
/* 定时器超时回调函数 */
static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
rt_kprintf("this is hwtimer timeout callback fucntion!\n");
rt_kprintf("tick is :%d !\n", rt_tick_get());
return 0;
}
static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
{
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
/* 以读写方式打开设备 */
rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
...
/* 设置超时回调函数 */
rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);
return 0;
}
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:
rt_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(若未设置该项,默认为1Mhz 或 支持的最小计数频率) |
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(若未设置,默认是HWTIMER_MODE_ONESHOT) |
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。
[!NOTE] 注:定时器硬件及驱动支持设置计数频率的情况下设置频率才有效,一般使用驱动设置的默认频率即可。
设置定时器模式时,参数 arg 可取如下值:
HWTIMER_MODE_ONESHOT 单次定时
HWTIMER_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:
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
rt_device_t hw_dev; /* 定时器设备句柄 */
rt_hwtimer_mode_t mode; /* 定时器模式 */
rt_uint32_t freq = 10000; /* 计数频率 */
static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
{
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
/* 以读写方式打开设备 */
rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
...
/* 设置计数频率(若未设置该项,默认为1Mhz 或 支持的最小计数频率) */
rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);
/* 设置模式为周期性定时器(若未设置,默认是HWTIMER_MODE_ONESHOT)*/
mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;
rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);
return 0;
}
通过如下函数可以设置定时器的超时值,在调用该函数后,定时器更新参数并旋即开启。
rt_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:
typedef struct rt_hwtimerval
{
rt_int32_t sec; /* 秒 s */
rt_int32_t usec; /* 微秒 us */
} rt_hwtimerval_t;
设置定时器超时值的使用示例如下所示:
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
rt_device_t hw_dev; /* 定时器设备句柄 */
rt_hwtimerval_t timeout_s; /* 定时器超时值 */
static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
{
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
/* 以读写方式打开设备 */
rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
...
/* 设置定时器超时值为5s并启动定时器 */
timeout_s.sec = 5; /* 秒 */
timeout_s.usec = 0; /* 微秒 */
rt_device_write(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s));
return 0;
}
通过如下函数可以获取自定时器开始 (rt_device_write) 之后的运行时:
rt_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:
rt_hwtimerval_t t;
/* 读取定时器开始之后的经过时间 */
rt_device_read(hw_dev, 0, &t, sizeof(t));
rt_kprintf("Read: Sec = %d, Usec = %d\n", t.sec, t.usec);
通过如下函数可以关闭定时器设备:
rt_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:
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
rt_device_t hw_dev; /* 定时器设备句柄 */
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
... ...
rt_device_close(hw_dev);
[!NOTE] 注: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。
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。
/*
* 程序清单:这是一个 hwtimer 设备使用例程
* 例程导出了 hwtimer_sample 命令到控制终端
* 命令调用格式:hwtimer_sample
* 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。
*/
#include <rtthread.h>
#include <rtdevice.h>
#define HWTIMER_DEV_NAME "timer0" /* 定时器名称 */
/* 定时器超时回调函数 */
static rt_err_t timeout_cb(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
rt_kprintf("this is hwtimer timeout callback fucntion!\n");
rt_kprintf("tick is :%d !\n", rt_tick_get());
return 0;
}
static int hwtimer_sample(int argc, char *argv[])
{
rt_err_t ret = RT_EOK;
rt_hwtimerval_t timeout_s; /* 定时器超时值 */
rt_device_t hw_dev = RT_NULL; /* 定时器设备句柄 */
rt_hwtimer_mode_t mode; /* 定时器模式 */
rt_uint32_t freq = 10000; /* 计数频率 */
/* 查找定时器设备 */
hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);
if (hw_dev == RT_NULL)
{
rt_kprintf("hwtimer sample run failed! can't find %s device!\n", HWTIMER_DEV_NAME);
return RT_ERROR;
}
/* 以读写方式打开设备 */
ret = rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
if (ret != RT_EOK)
{
rt_kprintf("open %s device failed!\n", HWTIMER_DEV_NAME);
return ret;
}
/* 设置超时回调函数 */
rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, timeout_cb);
/* 设置计数频率(若未设置该项,默认为1Mhz 或 支持的最小计数频率) */
rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);
/* 设置模式为周期性定时器(若未设置,默认是HWTIMER_MODE_ONESHOT)*/
mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;
ret = rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);
if (ret != RT_EOK)
{
rt_kprintf("set mode failed! ret is :%d\n", ret);
return ret;
}
/* 设置定时器超时值为5s并启动定时器 */
timeout_s.sec = 5; /* 秒 */
timeout_s.usec = 0; /* 微秒 */
if (rt_device_write(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s)) != sizeof(timeout_s))
{
rt_kprintf("set timeout value failed\n");
return RT_ERROR;
}
/* 延时3500ms */
rt_thread_mdelay(3500);
/* 读取定时器当前值 */
rt_device_read(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s));
rt_kprintf("Read: Sec = %d, Usec = %d\n", timeout_s.sec, timeout_s.usec);
return ret;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(hwtimer_sample, hwtimer sample);
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