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前言

在嵌入式系统开发中，时间管理是至关重要的一部分，特别是对于需要按时执行任务或操作的应用。FreeRTOS 提供了软件定时器的功能，使得开发者能够轻松地实现定时任务和事件调度。本篇文章将介绍 FreeRTOS 中的软件定时器，探讨其基础概念和简单应用，帮助读者快速上手并合理利用这一重要特性。

一、软件定时器的介绍

1.1 软件定时器的特性

软件定时器就像是你手机上的闹钟一样，它是一种程序内部的计时器。你可以设置它，在一段时间后触发一个事件或执行一个任务。比如，你可以设置一个软件定时器，在每天早上7点时触发一个提醒事件，让你起床。在嵌入式系统中，软件定时器常用于执行周期性任务、定时触发事件或定时检查某些条件。在 FreeRTOS 里，我们也可以设置无数个"软件定时器"，它们都是基于系统滴答中断(Tick Interrupt)。

1.2 软件定时器的特性

使用定时器跟使用手机闹钟是类似的：
 指定时间：启动定时器和运行回调函数，两者的间隔被称为定时器的周期
(period)。
 指定类型，定时器有两种类型：
 一次性(One-shot timers)：
这类定时器启动后，它的回调函数只会被调用一次；可以手工再次启动它，但是不会自动启动它。
 自动加载定时器(Auto-reload timers )：
这类定时器启动后，时间到之后它会自动启动它；这使得回调函数被周期性地调用。
 指定要做什么事，就是指定回调函数实际的闹钟分为：有效、无效两类。软件定时器也是类似的，它由两种状态：
 运行(Running、Active)：运行态的定时器，当指定时间到达之后，它的回调函数会被调用
 冬眠(Dormant)：冬眠态的定时器还可以通过句柄来访问它，但是它不再运行，它的回调函数不会被调用

定时器运行情况示例如下：
 Timer1：它是一次性的定时器，在 t1 启动，周期是 6 个 Tick。经过 6 个
tick 后，在 t7 执行回调函数。它的回调函数只会被执行一次，然后该定时器进入
冬眠状态。
 Timer2：它是自动加载的定时器，在 t1 启动，周期是 5 个 Tick。每经过 5
个 tick 它的回调函数都被执行，比如在 t6、t11、t16 都会执行。

1.3 守护任务

FreeRTOS 中有一个 Tick 中断，软件定时器基于 Tick 来运行。在哪里执行定时器函数？
第一印象就是在 Tick 中断里执行：
 在 Tick 中断中判断定时器是否超时
 如果超时了，调用它的回调函数
FreeRTOS 是 RTOS，它不允许在内核、在中断中执行不确定的代码：如果定时器函数很耗时，会影响整个系统。
所以，FreeRTOS 中，不在 Tick 中断中执行定时器函数。在哪里执行？在某个任务里执行，这个任务就是：RTOS Damemon Task，RTOS 守护任务。以前被称为"Timer server"，但是这个任务要做并不仅仅是定时器相关，所以改名为：RTOS Damemon Task。

当 FreeRTOS 的配置项 configUSE_TIMERS 被设置为 1 时，在启动调度器时，会自动创建 RTOS Damemon Task。

我们自己编写的任务函数要使用定时器时，是通过"定时器命令队列"(timer command queue)和守护任务交互，如下图所示：

守护任务的 优先级为： configTIMER_TASK_PRIORITY ；定时器命令队列的长度为
configTIMER_QUEUE_LENGTH。一般来说，守护任务的优先级一般都比较高，这样才能让定时器有较为准时的定时

二、软件定时器的使用

2.1 回调函数

定时器的回调函数如下：

void ATimerCallback( TimerHandle_t xTimer );

定时器的回调函数是在守护任务中被调用的，守护任务不是专为某个定时器服务的，它还要处理其他定时器。
所以，定时器的回调函数不要影响其他人：
 回调函数要尽快实行，不能进入阻塞状态
 不要调用会导致阻塞的 API 函数，比如 vTaskDelay()
 可以调用 xQueueReceive()之类的函数，但是超时时间要设为 0：即刻返回，不可阻塞

2.2 创建定时器

创建动态定时器

我们可以使用下面这个函数创建动态定时器：

TimerHandle_t xTimerCreate(	const char * const pcTimerName,			/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
								const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
								const UBaseType_t uxAutoReload,
								void * const pvTimerID,
								TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction )

参数1为定时器的名称。参数2为定时器的周期。参数3为是否自动重新加载，就是执行一次和一直执行的区别，取值为pdTRUE和pdFLASE.参数4的作用为让回调函数可以使用此参数, 比如分辨是哪个定时器。参数5为回调函数。

创建静态定时器

我们可以使用下面这个函数静态的创建定时器：

TimerHandle_t xTimerCreateStatic(	const char * const pcTimerName,		/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
										const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
										const UBaseType_t uxAutoReload,
										void * const pvTimerID,
										TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction,
										StaticTimer_t *pxTimerBuffer )

对于静态定时器，和动态定时器的区别只在最后一个参数。他会在上面构造定时器。

2.3 删除

我们可以使用下面这个函数删除某一个定时器

BaseType_t xTimerDelete( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );

参数1为你要删除的定时器handle。参数2为等待时间，定时器的很多 API 函数，都是通过发送"命令"到命令队列，由守护任务来实现。如果队列满了， " 命 令 " 就无法即刻写入队列。我们可以指定一个超时时间
xTicksToWait，等待一会。

2.4 启动/停止

启动定时器就是设置它的状态为运行态(Running、Active)。
停止定时器就是设置它的状态为冬眠(Dormant)，让它不能运行。
我们可以使用下面这个函数启动软件定时器：

BaseType_t xTimerStart( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );

如果你在中断中调用，就使用下面这个：

BaseType_t xTimerStartFromISR( TimerHandle_t xTimer,
 BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

我们可以使用下面这个函数停止软件定时器：

BaseType_t xTimerStop( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );

如果你在中断停止软件定时器：

BaseType_t xTimerStopFromISR( TimerHandle_t xTimer,
 BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

2.5 复位

我们可以使用下面这个函数进行定时器的复位：

BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait );

如果你想在中断中复位，使用下面这个函数：

BaseType_t xTimerResetFromISR( TimerHandle_t xTimer,
 BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

2.6 修改周期

我们可以使用下面这个函数修改定时器的周期：

BaseType_t xTimerChangePeriod( TimerHandle_t xTimer,
 TickType_t xNewPeriod,
 TickType_t xTicksToWait );

参数2为定时器的新周期

我们可以使用下面这个函数在中断里修改周期：

BaseType_t xTimerChangePeriodFromISR( TimerHandle_t xTimer,
 TickType_t xNewPeriod,
 BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

2.7 定时器ID

定时器的结构体如下，里面有一项 pvTimerID，它就是定时器 ID：

怎么使用定时器 ID，完全由程序来决定：
 可以用来标记定时器，表示自己是什么定时器
 可以用来保存参数，给回调函数使用它的初始值在创建定时器时由 xTimerCreate()这类函数传入，后续可以使用这些函数来操作：
 更新 ID：使用 vTimerSetTimerID()函数
 查询 ID：查询 pvTimerGetTimerID()函数
这两个函数不涉及命令队列，它们是直接操作定时器结构体

总结

软件定时器是 FreeRTOS 中的一个重要特性，为嵌入式系统的时间管理提供了方便而灵活的解决方案。通过软件定时器，开发者可以轻松实现任务的定时执行、事件的定期处理等功能，提高系统的可靠性和灵活性。

在使用软件定时器时，需要注意合理设置定时器的周期和任务的优先级，避免因任务阻塞或优先级冲突而导致定时器无法准确执行。通过深入理解和应用软件定时器，开发者可以更好地管理系统的时间资源，提高系统的性能和稳定性。

总的来说，软件定时器作为 FreeRTOS 提供的重要特性之一，为嵌入式系统的时间管理提供了可靠的解决方案。希望本文能够为初学者提供一个简明易懂的入门指南，帮助读者更好地利用 FreeRTOS 的软件