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你必须知道的坑——定时器使用注意事项

李述铜

1679字约6分钟

2025-08-30

本小节介绍定时器使用时的常见注意事项,从而避免常见错误和不当用法,实现学会在实际项目中更稳定、安全地使用定时器

回调函数运行在中断/任务上下文

对于HARD_TIMER模式的定时器,由系统时钟节拍中断处理程序扫描定时器列表并执行回调函数;因此,rt_thread_mdelay()等让当前中断暂停执行的API。RT-Thread可能无法处理这种问题,进而导致整个系统运行出现混乱。

同样地,对于SOFT_TIMER模式的定时器,由定时器任务扫描并执行回调函数;使用rt_thread_mdelay()等让当前任务暂停执行的API。这将造成定时器任务无法及时扫描并执行其它定时器的回调函数。

相关信息

因此,在定时器回调处理函数中,最好是快速完成相关的工作。如果有耗时的任务,建议交由其它任务去完成。

例如,可以通过简单地设置标志位(或者用信号量、消息队列等机制)来实现这种操作。

#include <rtthread.h>
#include "base.h"

// 全局定时器句柄
rt_timer_t led_timer;

// 标志变量:标志LED是否停止
volatile rt_bool_t led_stopped = RT_FALSE;

// 回调函数
static void led_timer_cb(void *parameter)
{
    RT_UNUSED(parameter);
    led_toggle(LED0);  // 切换 LED 状态

    static int count = 0;
    if (++count >= 20)
    {
        rt_timer_stop(led_timer);      // 停止定时器
        led_stopped = RT_TRUE;         // 设置标志位
    }
}

// 打印线程入口
static void print_task_entry(void *parameter) {
    RT_UNUSED(parameter);
    
    while (1) {
        if (led_stopped) {
            rt_kprintf("LED stopped flashing after 20 times.\n");
            // 为了不重复打印,只执行一次后清标志
            led_stopped = RT_FALSE;
        }

        rt_thread_mdelay(200);  // 每200ms检查一次
    }
}

int main(void)
{
    hardware_init();

    // 创建LED定时器,500ms周期,周期性,软定时器
    led_timer = rt_timer_create("led_t",
                                led_timer_cb,
                                RT_NULL,
                                rt_tick_from_millisecond(500),
                                RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER);

    if (led_timer != RT_NULL)
    {
        rt_timer_start(led_timer);  // 启动定时器
    }

    // 创建任务线程,检测 LED 状态
    rt_thread_t tid = rt_thread_create("print_task",
                                       print_task_entry,
                                       RT_NULL,
                                       1024,
                                       20,
                                       10);
    if (tid != RT_NULL)
        rt_thread_startup(tid);

    return 0;
}

定时准确度

虽然RT-Thread的定时器可用于实现毫秒级别的周期性事件,但它并不一定能实现“精确定时”

也就是说,假设设置了一个定时器每1000ms执行一次,但它实际触发的时间可能是1002ms、998ms。

因素说明
系统时钟节拍周期RT-Thread 使用tick计时(默认1 tick = 1ms),无法实现小于一个系统时钟节拍时期的时长定时。
系统负载对于SOFT_TIMER定时器而言,当系统任务过多,或者高优先级任务长时间占用 CPU,定时器线程无法及时执行回调函数,从而产生延迟。
定时器数量由于系统中定时器进行了排队,当队列中定时器较多且超时的任务较多时,会延后后面的定时器的任务执行。
定时器类型对于HARD_TIMER定时器而言,当程序中中断屏蔽时间太长时,将影响到系统中定时器回调函数的执行时间。
中断屏蔽时间如果代码中大量禁用了中断,也可能延迟系统时钟节拍的响应,从而影响定时器触发时机。
使用不当比如在定时器回调中做了太复杂的操作,影响下一次周期到达。

下面通过一个简单的图示,可以看出定时器回调函数不一定被准时调用。

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HARD/SOFT定时器,该选哪种?

在 RT-Thread 中,创建的定时器可以是“软定时器(SOFT)”或“硬定时器(HARD)”。这两者都会在设定的时间后回调一个函数,但触发机制不同,会影响程序的实时性和安全性。

想实现“定时1秒闪灯”,你会选择哪个?

我们已知这两种类型的定时器各有特点,我们在实际使用时可以参考如下表格:

类型执行位置响应速度回调函数限制使用场景
硬定时器中断上下文快速、精确严格,不能阻塞、不允许长时间计算实时性强、快速响应任务,如数据采集、电机控制等
软定时器定时器任务稍慢灵活,可调度任务、可打印日常逻辑定时处理,如LED闪烁、状态轮询、自动保存等

例如,对于下述场景,我们可以根据这两类定时器特点做出不同的选择;

应用场景推荐使用
1s 闪烁 LED 指示灯软定时器
数据采集每 1ms 精确触发硬定时器
10 秒后保存参数到 Flash软定时器
定时唤醒线程处理数据软定时器
快速响应 GPIO 变化的处理硬定时器 或中断

也就是说,在选择使用定时器时,我们可以:

  • 如果需要在中断上下文中快速响应,选择硬定时器
  • 如果需要安全灵活的定时处理逻辑(比如打印、处理逻辑),优先选软定时器
  • 实在不确定?建议从软定时器入手,再根据性能需求调整

相关信息

特别要注意:当系统中HARD_TIMER定时器较多且执行时间较长时,将大大影响时间片调度的执行。

总结

  • 定时器功能强大但容易误用,需了解其运行环境(HARD、SOFT)
  • 回调中避免耗时操作,用信号量交由线程处理
  • 动态定时器和封装结构可实现更灵活设计
  • 精度与tick配置、系统负载密切相关

补充说明

在视频中,我写了这样的代码。如果实际调试,可能会发现,main无法继续往下执行rt_timer_create()等函数,CPU会一直执行threa_entry()中的while(1)循环。

之所以如此,是因为rt_thread_startup(thread)执行时,由于thread的优先级为0(最高),RT-Thread会转而执行该任务的代码。而由于 thread_entry()一直在死循环,没有延时、挂起等操作,所以一直占用CPU运行,导致低优先级的main任务、定时器任务无法运行。

#include <rtthread.h>
#include "base.h" 
#include "rtconfig.h"

static rt_timer_t led_timer;

static void led_timer_cb (void * parameter) {
    led_toggle(LED0); 
    
    static int count;
    if (++count == 20) {
        rt_timer_stop(led_timer);
    }
}

struct rt_timer oneshort_timer;

static void oneshort_timer_cb (void * parameter) {    
    led_toggle(LED1);
    
    rt_timer_start(&oneshort_timer);
    
}

void thread_entry (void * param) {
    while (1) {
        
    }
    
}

int main (void) {
    hardware_init();
    
    rt_thread_t thread = rt_thread_create("thread",
                thread_entry, RT_NULL,
                4096, 0, 200);
    rt_thread_startup(thread);
    
    led_timer = rt_timer_create("led",
                led_timer_cb, RT_NULL, 
                rt_tick_from_millisecond(10),          // tick
                RT_TIMER_FLAG_PERIODIC );
    rt_timer_start(led_timer);
    
    rt_timer_init(&oneshort_timer, "oneshort",
                oneshort_timer_cb, RT_NULL,
                3*RT_TICK_PER_SECOND,       //        rt_tick_from_millisecond(3000),  
                RT_TIMER_FLAG_ONE_SHOT | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER);
    rt_timer_start(&oneshort_timer);
    return 0;
}