一種高效率的定時器管理模塊設(shè)計

摘要：首先說明常見定時器管理方案的優(yōu)缺點，然后針對通信協(xié)議的特點，設(shè)計了一種高效率的定時器管理模塊。該模塊通過使用一個輔助定時器，大大減少了定時器中斷處理的時間開銷。
關(guān)鍵詞：軟件定時器；相對定時器；定時器管理；通信協(xié)議

引言
定時器是通信協(xié)議正常運行的基本要素之一，主要用于各種定時和幀重傳的任務(wù)。通信協(xié)議在單片機(jī)系統(tǒng)上實現(xiàn)所使用的定時器，定時精度要求不高，但數(shù)量要求比較大。由于硬件資源有限，不可能為每一個單獨任務(wù)分配一個硬件定時器，只能通過單個硬件定時器模擬多個軟件定時器的方法，來滿足協(xié)議中的定時應(yīng)用需要。
用一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將這些軟件定時器組織起來，并提供統(tǒng)一的調(diào)用接口，稱為“定時器管理”。目前定時器管理主要有2種實現(xiàn)方法：
①靜態(tài)數(shù)組法。將定時器節(jié)點存儲在數(shù)組中。優(yōu)點是邏輯簡單，占用ROM較少。但這種方案有明顯的缺點：當(dāng)硬件定時器中斷發(fā)生時，要對所有定時器節(jié)點進(jìn)行減法操作，時間開銷很大，且時延不確定(與定時器數(shù)目相關(guān))。
②delta鏈表法。按照定時器的定時值升序排列，形成鏈表。后一個定時器的定時值是前面所有定時器的值加上本節(jié)點的值。這樣，在每次的時鐘中斷處理中，只需對第1個定時器節(jié)點進(jìn)行減法操作，大大減少了時間開銷。但是，該方案邏輯復(fù)雜，ROM用量大．需要頻繁分配回收內(nèi)存，容易形成內(nèi)存碎片。

1 定時器管理模塊的設(shè)計
定時器管理模塊的設(shè)計基于靜態(tài)數(shù)組法。使用一個定時器節(jié)點數(shù)組來保存所有的定時請求，數(shù)組的每一項代表一個可用的定時器節(jié)點。每一個定時器節(jié)點都有一個狀態(tài)項，表示該定時器正處于空閑、使用或溢出狀態(tài)。定時器的定時值和定時器超時后要發(fā)送的消息也存儲在定時器節(jié)點中，從而實現(xiàn)用一個硬件定時器為用戶提供多個軟件定時器。
為了解決中斷處理時間開銷大的問題，在模塊中引入一個輔助定時器，輔助定時器的值總是等于所有定時器節(jié)點中的最小定時值。在硬件定時器中斷處理中，僅對輔助定時器進(jìn)行減法操作，從而大大縮短了中斷處理的時間。設(shè)計原理如圖1所示。