RT-Thread内核学习之时钟管理 RT-Thread系统学习

简介
时钟又称为定时器，负责维护时间，防止进程垄断CPU。操作系统需要通过时间来规范其任务的执行，其最小的时间单位是时钟节拍(OS Tick)。
时钟节拍
在RT-Thread中，时钟节拍的长度可以根据RT_TICK_PER_SECOND的定义来调整，即通过改变时钟频率来调整时钟节拍。
实现方式时钟节拍由配置为中断触发模式的硬件定时器产生，当中断到来时，将调用一次：void rt_tick_increase(void),通知操作系统已经过去一个系统时钟；不同硬件定时器中断实现都不同，以STM32定时器作为示例如下：

void SysTick_Handler(void) { /* 进入中断 */ rt_interrupt_enter(); …… rt_tick_increase(); /* 退出中断 */ rt_interrupt_leave(); }

在中断函数中调用rt_tick_increase()对全局变量rt_tick进行自加，代码请参考RT-Thread官网
获取时钟节拍

rt_tick_t rt_tick_get(void);

定时器管理

硬件定时器：是芯片本身提供的定时功能。一般是由外部晶振提供给芯片输入时钟，芯片向软件模块提供一组配置寄存器，接受控制输入，到达设定时间值后芯片中断控制器产生时钟中断。
软件定时器：由操作系统提供的一类系统接口，构建在硬件定时器基础之上，使系统能够提供不受数目限制的定时器服务。
RT-Thread 的定时器基于系统的节拍，提供了基于节拍整数倍的定时能力。

RT-Thread定时器

两类定时器机制：1、单次触发定时器；2、周期触发定时器。
【RT-Thread内核学习之时钟管理】根据超时函数执行时所处的上下文环境：HARD_TIMER模式和SOFT_TIMER模式，如下图所示

文章图片
HARD_TIMER模式：该模式的定时器超时函数在中断上下文环境中执行，可以在初始化 / 创建定时器时使用参数 RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER 来指定。
SOFT_TIMER模式：SOFT_TIMER 模式可配置，通过宏定义 RT_USING_TIMER_SOFT 来决定是否启用该模式。初始化时会创建一个timer线程，在该模式下都会在timer线程的上下文环境中执行。

定时器工作机制

定时器工作的机制通过两个两个重要的全局变量来维持：当前系统经过的tick时间rt_tick(当硬件定时器中断来临时，它将加1)；定时器链表rt_timer_list(系统新创建并激活的定时器都会按照以超时时间排序的方式插入到rt_timer_list链表中)
系统会将定时器按照定时时间的长短从小到大插入到定时器链表中，然后依次执行。

定时器控制块在 RT-Thread 操作系统中，定时器控制块由结构体 struct rt_timer 定义并形成定时器内核对象，再链接到内核对象容器中进行管理。

struct rt_timer { struct rt_object parent; rt_list_t row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL]; /* 定时器链表节点 */void (*timeout_func)(void *parameter); /* 定时器超时调用的函数 */ void*parameter; /* 超时函数的参数 */ rt_tick_t init_tick; /* 定时器初始超时节拍数 */ rt_tick_t timeout_tick; /* 定时器实际超时时的节拍数 */ }; typedef struct rt_timer *rt_timer_t;

定时器跳表(Skip List)算法系统新创建并激活的定时器都会按照以超时时间排序的方式插入到 rt_timer_list 链表中，也就是说 t_timer_list 链表是一个有序链表，RT-Thread 中使用了跳表算法来加快搜索链表元素的速度，查找的时间复杂度均为O(log n)。
对于定时器跳表算法，在后续的博客中，会做详细的介绍，敬请期待。
定时器的管理方式在系统启动时需要初始化定时器管理系统。可以通过下面的函数接口完成：