一種高效定時器模塊的設計與實現

　　摘要： 在設計一款車身中央控制器的過程中，需要設計很多定時應用，為此設計了一種高效定時器模塊，該模塊在單個硬件定時器的基礎上模擬實現了多個軟件定時器，節省了硬件及軟件資源，簡化了程序編寫;描述了軟件定時器的設計原理、結構設計、驅動程序設計及其應用。

　　關鍵字：定時器模塊;軟件定時器;驅動程序

　　引言

　　在嵌入式系統的設計中，時間特性在很多應用中都是一個很重要的參數，很多控制邏輯和協議的實現，需要用到計時、超時和統計功能，時間長短的計時及精度、周期定時和超時的設定成為某些控制邏輯和協議的關鍵條件。筆者在為某車型設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協議的實現都包含一些時間特性相關的功能[1]，為此筆者設計了一個高效的定時器模塊。下面就從設計原理、結構設計、定時器管理及應用上講述下該定時器模塊的設計與實現。

　　設計原理

　　在車身控制器(以下以BCM來代稱)的設計中，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，超時則觸發相關操作，后者是計時請求，在一種狀態發生變化時統計新的狀態的維持時間。通過對BCM定時功能及特性進行分析，發現其定時應用的特點為：

　　1、定時精度要求不高，但定時數量比較多;

　　2、TIMEOUT超時中，有循環定時，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]。首先根據定時應用的特點和分類，設計軟件定時器的數據結構，以結構體數組的形式將這些軟件定時器組織起來，數組成員便是各個軟件定時器節點;然后在驅動程序的設計中設計良好的API接口，該API接口足夠清晰，提供統一的調用接口，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了多個軟件定時器。下面便詳述一下定時器結構和驅動程序設計。

　　定時器結構設計

　　由于軟件定時器數量繁多，根據定時應用的實現方式及特征設計一個良好的數據結構是非常必要的[3]。在其結構體設計中，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狀態;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)的統計，當定時次數到達后，則停止該定時器;overow_ag標識是否發生超時溢出;所有的“軟件定時器節點”組成Timer數組，其數據成員由timer_id枚舉，其枚舉類型TimerId定義如下所示：