时钟管理包含两部分,第一部分是操作系统最小时间单位(时钟节拍),第二部分是基于时钟节拍的定时器,下面分别展开描述。
时钟节拍
时钟节拍是特定的周期性中断,这个中断可以看做是系统心跳。系统心跳的时间间隔取决于不同的应用,一般是1ms~100ms。这种周期性中断使得内核可以将任务延迟若干个时钟节拍,以及当任务等待事件发生时,提供等待超时等依据。时钟节拍率越快,系统的额外开销就越大。
系统心跳产生时,会在中断处理函数中调用一次os_tick_increase(),通知操作系统过了一个时钟节拍的时间。在os_tick_increase()中,首先将系统时间自增1,然后检查正在运行的任务时间片是否耗尽,如果耗尽则进行任务切换,最后检查是否有定时器超时,如果有超时则执行对应的回调函数。
定时器管理
定时器分为硬件定时器和软件定时器。
硬件定时器是由CPU提供,软件通过驱动接口配置相关的寄存器,来控制定时器的超时时间等,超时后CPU会产生时钟中断,达到定时的效果。硬件定时器精度较高,可以达到纳秒级别,但是数量有限。
软件定时器是操作系统提供,是以硬件定时器为基础提供一类系统接口,可以提供不限数量的定时器,但是相较于硬件定时器精度较差,超时时长必须是时钟节拍的整数倍。
根据触发模式,软件定时器分为单次触发模式和周期触发模式;根据超时函数执行的上下文环境,软件定时器又分为中断模式和任务模式。
中断模式是在系统心跳的中断函数中执行,要求超时处理函数的执行时间尽量短,不能进行动态内存申请、等待信号量等操作,否则会导致其他中断响应时间变长或占用其他任务执行时间。系统定时器默认使用中断模式,创建定时器时可使用参数OS_TIMER_FLAG_HARD_TIMER来指定。
任务模式是在任务上下文中执行,默认不开启,可以通过OS_USING_TIMER_SOFT来启用。该模式下,系统初始化时会创建一个timer任务,该模式定时器的超时函数在timer任务的上下文中执行。创建定时器时可使用参数OS_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER来指定。
时钟管理接口设计如下:
(1)获取系统tick