引言
在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，時(shí)間特性在很多應(yīng)用中都是一個(gè)很重要的參數(shù)，很多控制邏輯和協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，需要用到計(jì)時(shí)、超時(shí)和統(tǒng)計(jì)功能，時(shí)間長(zhǎng)短的計(jì)時(shí)及精度、周期定時(shí)和超時(shí)的設(shè)定成為某些控制邏輯和協(xié)議的關(guān)鍵條件。筆者在為某車(chē)型設(shè)計(jì)其車(chē)身中央控制器時(shí)，輸入條件的判定、輸出邏輯的控制和LIN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)都包含一些時(shí)間特性相關(guān)的功能［1］，為此筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的定時(shí)器模塊。下面就從設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定時(shí)器管理及應(yīng)用上講述下該定時(shí)器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)原理
在車(chē)身控制器（以下以BCM來(lái)代稱(chēng)）的設(shè)計(jì)中，其定時(shí)功能可以分為兩類(lèi)，一個(gè)是TIMEOUT超時(shí)，一個(gè)是COUNTER計(jì)時(shí)，前者超時(shí)時(shí)間已知，超時(shí)則觸發(fā)相關(guān)操作，后者是計(jì)時(shí)請(qǐng)求，在一種狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)統(tǒng)計(jì)新的狀態(tài)的維持時(shí)間。通過(guò)對(duì)BCM定時(shí)功能及特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其定時(shí)應(yīng)用的特點(diǎn)為：
1、定時(shí)精度要求不高，但定時(shí)數(shù)量比較多;
2、TIMEOUT超時(shí)中，有循環(huán)定時(shí)，也有單次定時(shí)和多次定時(shí)。
由于硬件資源有限，不可能為每一個(gè)定時(shí)應(yīng)用單獨(dú)分配一個(gè)硬件定時(shí)器，所以采用單個(gè)硬件定時(shí)器模擬多個(gè)軟件定時(shí)器的方法，來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用中的定時(shí)需要［2］。首先根據(jù)定時(shí)應(yīng)用的特點(diǎn)和分類(lèi)，設(shè)計(jì)軟件定時(shí)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以結(jié)構(gòu)體數(shù)組的形式將這些軟件定時(shí)器組織起來(lái)，數(shù)組成員便是各個(gè)軟件定時(shí)器節(jié)點(diǎn);然后在驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)良好的API接口，該API接口足夠清晰，提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，可以涵蓋定時(shí)器所有功能，這樣便在一個(gè)硬件定時(shí)器上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)軟件定時(shí)器。下面便詳述一下定時(shí)器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
定時(shí)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于軟件定時(shí)器數(shù)量繁多，根據(jù)定時(shí)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式及特征設(shè)計(jì)一個(gè)良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是非常必要的［3］。在其結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)中，其成員變量可以描述所有的“定時(shí)特征”并且提供良好的可讀寫(xiě)接口。其定義如下所示：
typedef struct {
TimerState timer_state;
ulong timeout;
ulong duration;
unsigned cycle:1;
unsigned overow_ag:1;
unsigned cnt_times:8;
TimerId timer_id;
}Timer;
timer_state有STALL和RUNNING兩種取值，表示該定時(shí)器是否處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);timeout是超時(shí)應(yīng)用的超時(shí)值，duration表示定時(shí)器啟動(dòng)以來(lái)的計(jì)時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度;cycle表示該定時(shí)是周期定時(shí)還是單次定時(shí);cnt_times是對(duì)多次定時(shí)（既非周期也非單次）的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)定時(shí)次數(shù)到達(dá)后，則停止該定時(shí)器;overow_ag標(biāo)識(shí)是否發(fā)生超時(shí)溢出;所有的“軟件定時(shí)器節(jié)點(diǎn)”組成Timer數(shù)組，其數(shù)據(jù)成員由timer_id枚舉，其枚舉類(lèi)型TimerId定義如下所示：
typedef enum{
FEEDWATCHDOG_300MS，
INPUT_DETECT_MS，
LIN_TIMESLOT_MS，
SPEED_PULSE_ACCUMU_200MS，
ALLDR_LOCK_200MS，
ALARM_30S，
IGNITION_OFF_60S，
。..
。..
MAX_TIMER_NUM
}TimerId;
這樣，定義數(shù)組Timer TIMER［MAX_TIMER_NUM］，在初始化中，TIMER ［i］.timer_id=i;之后通過(guò)TIMER［timer_id］即可枚舉某軟件定時(shí)器節(jié)點(diǎn)。
引言
在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，時(shí)間特性在很多應(yīng)用中都是一個(gè)很重要的參數(shù)，很多控制邏輯和協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，需要用到計(jì)時(shí)、超時(shí)和統(tǒng)計(jì)功能，時(shí)間長(zhǎng)短的計(jì)時(shí)及精度、周期定時(shí)和超時(shí)的設(shè)定成為某些控制邏輯和協(xié)議的關(guān)鍵條件。筆者在為某車(chē)型設(shè)計(jì)其車(chē)身中央控制器時(shí)，輸入條件的判定、輸出邏輯的控制和LIN協(xié)議的實(shí)現(xiàn)都包含一些時(shí)間特性相關(guān)的功能［1］，為此筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)高效的定時(shí)器模塊。下面就從設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定時(shí)器管理及應(yīng)用上講述下該定時(shí)器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)原理
在車(chē)身控制器（以下以BCM來(lái)代稱(chēng)）的設(shè)計(jì)中，其定時(shí)功能可以分為兩類(lèi)，一個(gè)是TIMEOUT超時(shí)，一個(gè)是COUNTER計(jì)時(shí)，前者超時(shí)時(shí)間已知，超時(shí)則觸發(fā)相關(guān)操作，后者是計(jì)時(shí)請(qǐng)求，在一種狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)統(tǒng)計(jì)新的狀態(tài)的維持時(shí)間。通過(guò)對(duì)BCM定時(shí)功能及特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其定時(shí)應(yīng)用的特點(diǎn)為：
1、定時(shí)精度要求不高，但定時(shí)數(shù)量比較多;
2、TIMEOUT超時(shí)中，有循環(huán)定時(shí)，也有單次定時(shí)和多次定時(shí)。
由于硬件資源有限，不可能為每一個(gè)定時(shí)應(yīng)用單獨(dú)分配一個(gè)硬件定時(shí)器，所以采用單個(gè)硬件定時(shí)器模擬多個(gè)軟件定時(shí)器的方法，來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用中的定時(shí)需要［2］。首先根據(jù)定時(shí)應(yīng)用的特點(diǎn)和分類(lèi)，設(shè)計(jì)軟件定時(shí)器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以結(jié)構(gòu)體數(shù)組的形式將這些軟件定時(shí)器組織起來(lái)，數(shù)組成員便是各個(gè)軟件定時(shí)器節(jié)點(diǎn);然后在驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)良好的API接口，該API接口足夠清晰，提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，可以涵蓋定時(shí)器所有功能，這樣便在一個(gè)硬件定時(shí)器上實(shí)現(xiàn)了多個(gè)軟件定時(shí)器。下面便詳述一下定時(shí)器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。
定時(shí)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于軟件定時(shí)器數(shù)量繁多，根據(jù)定時(shí)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式及特征設(shè)計(jì)一個(gè)良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是非常必要的［3］。在其結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)中，其成員變量可以描述所有的“定時(shí)特征”并且提供良好的可讀寫(xiě)接口。其定義如下所示：
typedef struct {
TimerState timer_state;
ulong timeout;
ulong duration;
unsigned cycle:1;
unsigned overow_ag:1;
unsigned cnt_times:8;
TimerId timer_id;
}Timer;
timer_state有STALL和RUNNING兩種取值，表示該定時(shí)器是否處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);timeout是超時(shí)應(yīng)用的超時(shí)值，duration表示定時(shí)器啟動(dòng)以來(lái)的計(jì)時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度;cycle表示該定時(shí)是周期定時(shí)還是單次定時(shí);cnt_times是對(duì)多次定時(shí)（既非周期也非單次）的統(tǒng)計(jì)，當(dāng)定時(shí)次數(shù)到達(dá)后，則停止該定時(shí)器;overow_ag標(biāo)識(shí)是否發(fā)生超時(shí)溢出;所有的“軟件定時(shí)器節(jié)點(diǎn)”組成Timer數(shù)組，其數(shù)據(jù)成員由timer_id枚舉，其枚舉類(lèi)型TimerId定義如下所示：
typedef enum{
FEEDWATCHDOG_300MS，
INPUT_DETECT_MS，
LIN_TIMESLOT_MS，
SPEED_PULSE_ACCUMU_200MS，
ALLDR_LOCK_200MS，
ALARM_30S，
IGNITION_OFF_60S，
。..
。..
MAX_TIMER_NUM
}TimerId;
這樣，定義數(shù)組Timer TIMER［MAX_TIMER_NUM］，在初始化中，TIMER ［i］.timer_id=i;之后通過(guò)TIMER［timer_id］即可枚舉某軟件定時(shí)器節(jié)點(diǎn)。
定時(shí)器管理
定時(shí)器管理包括啟動(dòng)、運(yùn)行、停止、重啟和讀取計(jì)時(shí)時(shí)間等功能［4］，相應(yīng)API函數(shù)定義如下：
void TimerStart（TimerId timer_id，ulong timeout，Bool cycle，uchar cnt_times）;
void TimerReStart（TimerId timer_id）;
void TimerTick（void）;
void TimerStop（TimerId timer_id）;
void TimerStall（TimerId timer_id）;
ulong TimerGet（TimerId timer_id）;
啟動(dòng)定時(shí)器函數(shù)如下：
#dene RTIPERIOD 2
void TimerStart（TimerId timer_id，ulong timeout，Bool cycle，uchar cnt_times）
{
TIMER［timer_id］.timer_state=RUNNING;
TIMER［timer_id］.duration=0;
TIMER［timer_id］.timeout=timeout/RTIPERIOD;
TIMER［timer_id］.cycle=cycle;
TIMER［timer_id］.cnt_times=cnt_times;
TIMER［timer_id］.timer_id=timer_id;
}
可見(jiàn)，啟動(dòng)某個(gè)軟件定時(shí)器便是設(shè)置由timer_id枚舉的TIMER數(shù)組成員的各個(gè)成員變量，下面詳細(xì)介紹軟件定時(shí)器的運(yùn)行。
作為所有軟件定時(shí)器的基準(zhǔn)源，硬件定時(shí)器設(shè)定為2ms的周期定時(shí)，在時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中全局時(shí)鐘嘀嗒Jiffs累加，TimerTicked置1，軟件定時(shí)器運(yùn)行函數(shù)如下：
void TimerTick（void）
{
uint timer_index;
if（0==TimerTicked）
{
return ;
}
for（timer_index=0;timer_index
{
if（RUNNING==TIMER［timer_index］.timer_state）
{
TIMER［timer_index］.duration++;
if（TIMER［timer_index］.duration》=TIMER［timer_index］.timeout）
{
TIMER［timer_index］.overflow_ag=1;
if（TIMER［timer_index］.cycle）
{
TimerReStart（timer_index）;
}
else
{
TIMER［timer_index］.cnt_times--;
if（0==TIMER［timer_index］.cnt_times）
{
TimerStall（timer_index）;
}
else
{
TimerReStart（timer_index）;
}}}}}
TimerTicked=0;
}
軟件定時(shí)器只有在有嘀嗒發(fā)生且自身狀態(tài)為RUNNING的情況下才會(huì)運(yùn)行，其計(jì)時(shí)時(shí)間-duration隨嘀嗒而累加，如果duration達(dá)到超時(shí)值，則置overow_ag，然后判斷該定時(shí)器是否周期定時(shí)器，是則重啟定時(shí)-清零duration，否則判斷是否多次定時(shí)，定時(shí)次數(shù)計(jì)數(shù)未滿(mǎn)則重啟定時(shí)，計(jì)數(shù)滿(mǎn)后停止該定時(shí)器。
定時(shí)器應(yīng)用
定時(shí)器模塊在軟件系統(tǒng)中是一個(gè)基本功能單元，它為其他模塊或上層應(yīng)用提供超時(shí)、計(jì)時(shí)服務(wù)［5］。以門(mén)鎖的驅(qū)動(dòng)為例講述下定時(shí)器的應(yīng)用。
在門(mén)鎖閉鎖時(shí)，BCM對(duì)門(mén)鎖電機(jī)的閉鎖驅(qū)動(dòng)控制需要保持200ms的時(shí)間，在邏輯上便是輸出一個(gè)200ms的控制脈沖，該部分代碼如下：
。..
DrivePort（ALLDR_LK_OUT，DRIVEON）;
TimerStart（ALLDR_LOCK_200MS，200，0，1）;
if（1==TM［ALLDR_LOCK_200MS］.overow_ag）
{
DrivePort（ALLDR_LK_OUT，DRIVEOFF）;
TM［ALLDR_LOCK_200MS］.overow_ag=0;
}
。..
可見(jiàn)，在設(shè)計(jì)良好的定時(shí)器驅(qū)動(dòng)以后，實(shí)現(xiàn)某種定時(shí)應(yīng)用非常簡(jiǎn)單，其他應(yīng)用示例在此不再贅述。
結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的定時(shí)器模塊，邏輯清晰，使用方便，做為一個(gè)穩(wěn)定的底層驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中得到了很好的應(yīng)用。