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一種高效定時器模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要： 在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，時間特性在很多應用中都是一個很重要的參數(shù)，很多控制邏輯和協(xié)議的實現(xiàn)，需要用到計時、超時和統(tǒng)計功能，時間長短的計時及精度、周期定時和超時的設(shè)定成為某些控制邏輯和協(xié)議的關(guān)鍵條件。

關(guān)鍵詞： 接口IC 定時器嵌入式控制邏輯

Abstract：

Key words :

　　引言

　　在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，時間特性在很多應用中都是一個很重要的參數(shù)，很多控制邏輯和協(xié)議的實現(xiàn)，需要用到計時、超時和統(tǒng)計功能，時間長短的計時及精度、周期定時和超時的設(shè)定成為某些控制邏輯和協(xié)議的關(guān)鍵條件。筆者在為某車型設(shè)計其車身中央控制器時，輸入條件的判定、輸出邏輯的控制和LIN協(xié)議的實現(xiàn)都包含一些時間特性相關(guān)的功能［1］，為此筆者設(shè)計了一個高效的定時器模塊。下面就從設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、定時器管理及應用上講述下該定時器模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

　　設(shè)計原理

　　在車身控制器（以下以BCM來代稱）的設(shè)計中，其定時功能可以分為兩類，一個是TIMEOUT超時，一個是COUNTER計時，前者超時時間已知，超時則觸發(fā)相關(guān)操作，后者是計時請求，在一種狀態(tài)發(fā)生變化時統(tǒng)計新的狀態(tài)的維持時間。通過對BCM定時功能及特性進行分析，發(fā)現(xiàn)其定時應用的特點為：

　　1、定時精度要求不高，但定時數(shù)量比較多;

　　2、TIMEOUT超時中，有循環(huán)定時，也有單次定時和多次定時。

　　由于硬件資源有限，不可能為每一個定時應用單獨分配一個硬件定時器，所以采用單個硬件定時器模擬多個軟件定時器的方法，來滿足應用中的定時需要［2］。首先根據(jù)定時應用的特點和分類，設(shè)計軟件定時器的數(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器組織起來，數(shù)組成員便是各個軟件定時器節(jié)點;然后在驅(qū)動程序的設(shè)計中設(shè)計良好的API接口，該API接口足夠清晰，提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，可以涵蓋定時器所有功能，這樣便在一個硬件定時器上實現(xiàn)了多個軟件定時器。下面便詳述一下定時器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動程序設(shè)計。

　　定時器結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　由于軟件定時器數(shù)量繁多，根據(jù)定時應用的實現(xiàn)方式及特征設(shè)計一個良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是非常必要的［3］。在其結(jié)構(gòu)體設(shè)計中，其成員變量可以描述所有的“定時特征”并且提供良好的可讀寫接口。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，表示該定時器是否處于運轉(zhuǎn)狀態(tài);timeout是超時應用的超時值，duration表示定時器啟動以來的計時時間長度;cycle表示該定時是周期定時還是單次定時;cnt_times是對多次定時（既非周期也非單次）的統(tǒng)計，當定時次數(shù)到達后，則停止該定時器;overow_ag標識是否發(fā)生超時溢出;所有的“軟件定時器節(jié)點”組成Timer數(shù)組，其數(shù)據(jù)成員由timer_id枚舉，其枚舉類型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TIMER［timer_id］即可枚舉某軟件定時器節(jié)點。

　　引言

　　設(shè)計原理

　　1、定時精度要求不高，但定時數(shù)量比較多;

　　2、TIMEOUT超時中，有循環(huán)定時，也有單次定時和多次定時。

　　定時器結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　typedef struct {

　　TimerState timer_state;

　　ulong timeout;

　　ulong duration;

　　unsigned cycle:1;

　　unsigned overow_ag:1;

　　unsigned cnt_times:8;

　　TimerId timer_id;

　　}Timer;

　　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TIMER［timer_id］即可枚舉某軟件定時器節(jié)點。

　　定時器管理

　　定時器管理包括啟動、運行、停止、重啟和讀取計時時間等功能［4］，相應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）;

　　啟動定時器函數(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，啟動某個軟件定時器便是設(shè)置由timer_id枚舉的TIMER數(shù)組成員的各個成員變量，下面詳細介紹軟件定時器的運行。

　　作為所有軟件定時器的基準源，硬件定時器設(shè)定為2ms的周期定時，在時鐘中斷服務程序中全局時鐘嘀嗒Jiffs累加，TimerTicked置1，軟件定時器運行函數(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;

　　}

　　軟件定時器只有在有嘀嗒發(fā)生且自身狀態(tài)為RUNNING的情況下才會運行，其計時時間-duration隨嘀嗒而累加，如果duration達到超時值，則置overow_ag，然后判斷該定時器是否周期定時器，是則重啟定時-清零duration，否則判斷是否多次定時，定時次數(shù)計數(shù)未滿則重啟定時，計數(shù)滿后停止該定時器。

　　定時器應用

　　定時器模塊在軟件系統(tǒng)中是一個基本功能單元，它為其他模塊或上層應用提供超時、計時服務［5］。以門鎖的驅(qū)動為例講述下定時器的應用。

　　在門鎖閉鎖時，BCM對門鎖電機的閉鎖驅(qū)動控制需要保持200ms的時間，在邏輯上便是輸出一個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;

　　}

　　。..