【转】 vxWorks下常用的几种延时方法

在应用编程的时候，通常会碰到需要一个任务在特定的延时之后执行一个指定的动作，如等待外设以确保数据可靠，控制扬声器发声时间以及串口通信超时重发等。这就需要利用定时器机制来计量特定长度的时间段。

vxWorks作为实时嵌入式系统，提供多样的定时接口函数。下面结合我的项目经历和网上的参考资料列举一些常用的定时方式，并说明其注意事项。

一、taskDelay

taskDelay(n)使调用该函数的任务延时n个tick(内核时钟周期)。该任务在指定的时间内主动放弃CPU，除了taskDelay(0)专用于任务调度(将CPU交给同一优先级的其他任务)外，任务延时也常用于等待某一外部事件，作为一种定时／延时机制。在没有中断触发时，taskDelay能很方便地实现，且不影响系统整体性能。例如写数据至EEPROM，EEPROM需要一个内部擦除时间(最大擦除时间为l0ms)。以下所提及的一个tick都假设为16．67 ms(1／60 s)。可以简单地调用taskDelay(2)来保证数据擦写完成。按理说taskDelay(1)就足以保证，为什么需要taskDelay(2)呢?

这正是taskDelay使用的一个缺陷，使用时需要注意。taskDelay(n)表示任务延时至第n个系统时钟到来的时刻，如图1所示。如果在A时刻调用taskDelay(1)仅延时5 ms，则在B时刻taskDelay(1)就刚好是一个tick周期。可见需要10 ms的延时就必须调用taskDelay(2)才能实现。taskDelay有接近一1个tick的误差存在，taskDelay(n)实际上是延时(n-1)tick～n tick的时间。延时精度为l／n，延时1s就是taskDelay(60)的误差极限为1．6％，而taskDelay(1)的误差极限将是100％。

使用taskDelay需注意的另外一点是：即使经过n个tick，调用延时的任务也不保证返回执行状态，可能有更高或相同优先级的任务占用了CPU。看了上面的介绍，就可以用它模拟实现Sleep函数了，代码如下：

1. ST_VOID sMsSleep (ST_LONG ms)
2. {
3. int m = sysClkRateGet();/*获取内核时钟频率*/
4. m = 1000/m;
5. m = ms/m + 1;/* taskDelay(n)实际上是延时(n-1)tick~n*tick的时间*/
6. taskDelay(m);
7. }

下面是taskDelay的延时示意图：

二、WatchDog

VxWorks提供了一种通用的看门狗定时器机制。利用提供的函数，任何任务都可以创建一个看门狗定时器，经过指定的延时后，实现在系统时钟ISR的上下文中运行指定的程序。需要注意的是，看门狗定时触发的程序是在中断级别上执行，而不是在任务的上下文中。因此，看门狗定时挂接的程序编写有一定的限制，这个限制条件与中断服务程序的约束是一样的。比如，不能使用获取信号量的语句，以及像printf()这样的I／O系统函数。

通过wdCreate()可以创建一个看门狗定时器。调用wdStart()启动定时器，延时参数同taskDelay一样以tick为单位，同时还须指定定时完成后要调用的程序。如果应用程序同时需要多个看门狗函数，则应使用wdCreate()产生多个独立的看门狗ID。因为对于给定的看门狗ID，通过wdStart()只能关联一个看门狗函数。在指定的tick计数到达之前，要取消一个看门狗计时器，可以通过调用wdCancel()实现。每调用一次wdStart()，看门狗定时器只执行一次，因此对于一些要求周期性执行的应用程序，要获得该效果，则定时器函数本身必须通过递归调用wdStart()来重新启动定时器。

如果利用看门狗定时器实现延时，则存在与taskDelay一样的精度上的缺陷，以tick为基准．并且看门狗关联的函数所受的限制很大，这也是使用不便的一个方面。不过启动看门狗的任务不会被阻塞，因为wdStart()调用立即返回并继续执行。

三、sleep／nanosleep

sleep()和nanosleep()是VxWorks提供的延时函数接口。但是在实际应用时，默认是没有添加的，得手动添加。sleep以s为单位，nanosleep可以提供更精确的延时；传参是时钟的结构体，参数可以精确到ns，但实际上只能做到大于或等于这个时问。因为skep或nanosleep函数延时的时间基准仍是tick，调用此函数的任务处于任务延时状态，这点与taskDelay()一致。不同的地方是，taskDelay()是用于任务调度，taskDelay(O)有其自身的含义，而sleep(O)则是没有意义的。前面提过，taskDelay(n)延时时间为(n-1)tick～ntick，而sleep／nanosleep则保证实际延时时间大于或等于设定的时间参数。实验代码如下：

1. void testTimer(int sec,int nsec)
2. {
3. struct timespec tm;
4. tm.tv_sec = sec;
5. tm.tv_nsec = nsec;
6. nanosleep(&tm,NULL);
7. }

四、高精度时钟sysTimeStamp

sysTimeStamp()也称“时间戳”。是通过系统时钟实现的。刚开始也觉得费解，系统时钟的定时周期就是tick，怎么实现高精度时钟呢?通过读BSP底层代码发现，sysTimeStamp其实是通过读取该定时器的当前计数值来获取高精度定时的。通过sysTimestampFreq()函数可以得到系统时间戳的频率，它往往反映的是CPU定时器的基准频率。当然，如此高的分辨率只能是一个理想值，不同的系统不一定都能实现。毕竟该时间戳的实现方式有一个致命的弱点：通过查询方式。系统时钟定时中断是以ticb：为单位的，进一步提高分辨率读取定时器计数值(CPU的一个特殊功能寄存器)，只能是查询方式实现。代码示例如下：

1. void msDelay(int ms)
2. {
3. int t,t1,t2;
4. t1 = sysTimestamp(); /*记录上一轮的时间戳*/
5. do{
6. t = 0;  /*计数清零*/
7. while(t < sysTimestampFreq()/1000)
8. {
9. t2 = sysTimestamp();  /*读取当前时间戳*/
10. if(t2 > t1)
11. t += (t2-t1);
12. else
13. t += t2;
14. t1 = t2;
15. }
16. }while(ms--);
17. }

这种定时方式比较占用系统资源，且只适用于短时间的定时，但是实现方便。为确保定时准确，应在锁定中断情况下调用sysTimestamp；否则，应考虑使用sysTimes-tampLock函数。

五、辅助时钟

辅助时钟是利用目标板上CPU的另一个定时器(除了系统时钟之外)中断实现的。它可以灵活配置实现高分辨率的定时，而且容易实现ms级甚至μs级定时。VxWorks提供了一系列与系统时钟相同的操作接口，用户可以方便地挂接自己的中断处理函数，时钟分辨率的高低取决于硬件定时器的精度和用户中断函数的长短。要将辅助时钟作为精确的延时机制(如ms级延时)，可以通过这种方式实现。初始化程序先调用SysAuxClkRateSet()函数设置辅助时钟中断周期为1ms(一般在contig．h文件中AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX之间，对中断频率作了限定，如果需要可以对此宏定义修改)，再通过ysAuxClkConneet()?将用户处理函数连接到辅助时钟中断上，用户处理函数可以为SemGive(semTimer)释放一个同步信号量。编写一个msDelay(intms)作为其他任务调用接口，函数代码如下：

1. void msDelay(int ms)
2. {
3. int i;
4. sysAuxClkEnable();  /*启动辅助定时器*/
5. for(i = 0;i < ms;i++)
6. semTake(semTimer);  /*等待定时中断释放信号量*/
7. sysAuxClkDisable();
8. }

这种方式能实现十分精确的定时，调用延时的任务处于任务阻塞状态。但是使用上仍存在缺陷，不能实现多个任务同时调用，且需要CPU的一个时钟资源，如果没有多余的时钟，那么这一方法就不能实现。

另外还需要注意一点：Tornado的调试工具Browser一>SpyChart的实现原理是利用辅助定时器产生中断，并记录当前被中断的任务，由抽样数据反映各任务CPU占用率的情况。因此如果调试程序中使用了辅助定时器，那么使用Spy Chart时定时处理函数会被重新挂接，原有定时挂接的程序将得不到进行。反之，如果在Spy Chart运行之后挂接辅助定时处理函数，那么Spy Chart的运行将出现问题。实验发现，运行Spy Chart后重新挂接辅助定时处理函数，Spy Chart即使选中自动刷新，各任务状态也不会更新。

VxWorks提供的定时接口(不一定专门用于定时，也可间接实现)远不只这些。具体使用哪种方式，应根据其精度、资源状态和优先级要求而定。