一種高效定時器模塊的設計與實現(xiàn)

　　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(xiàn)了多個軟件定時器，節(jié)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(qū)動程序設計及其應用。

　　關鍵字：定時器模塊;軟件定時器;驅(qū)動程序

　　引言

　　在嵌入式系統(tǒng)的設計中，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定成為某些控制邏輯和協(xié)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(xié)議的實現(xiàn)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(xiàn)。

　　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(fā)相關操作，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，設計軟件定時器的數(shù)據(jù)結構，以結構體數(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)動程序的設計中設計良好的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構和驅(qū)動程序設計。

　　定時器結構設計

　　由于軟件定時器數(shù)量繁多，根據(jù)定時應用的實現(xiàn)方式及特征設計一個良好的數(shù)據(jù)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(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：