一款可无限扩展的软件定时器MultiTimer

1. MultiTimer

今天给大家带来的开源项目是 MultiTimer，一款可无限扩展的软件定时器，作者0x1abin，目前收获 95 个 star，遵循 MIT 开源许可协议。

MultiTimer 是一个软件定时器扩展模块，可无限扩展你所需的定时器任务，取代传统的标志位判断方式， 更优雅更便捷地管理程序的时间触发时序。

项目地址：https://github.com/0x1abin/MultiTimer

2. 移植MultiTimer

2.1. 移植思路

开源项目在移植过程中主要参考项目的readme文档，一般只需两步：

• ① 添加源码到裸机工程中；
• ② 实现需要的接口；

2.2. 准备裸机工程

本文中我使用的是小熊派IoT开发套件，主控芯片为STM32L431RCT6：

移植之前需要准备一份裸机工程，我使用STM32CubeMX生成，需要初始化以下配置：

• 配置一个串口用于打印信息
• printf重定向

2.3. 添加MultiTimer到工程中

① 复制MultiTimer源码到工程中

② 在keil中添加 MultiTimer的源码文件

③ 将MultiTimer头文件路径添加到keil中

3. 使用MultiTimer

使用时包含头文件：

#include "multi_timer.h"

如果遇到multi_timer.c文件中NULL宏定义报错，则在multi_timer.h中添加头文件即可。

3.1. 创建Timer对象

/* USER CODE BEGIN PV */struct Timer timer1;struct Timer timer2;
/* USER CODE END PV */

3.2. Timer回调函数

/* Private user code ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN 0 */void timer1_callback(){    printf("timer1 timeout!
");}
void timer2_callback(){    printf("timer2 timeout!
");}/* USER CODE END 0 */

3.3. 初始化并启动Timer

始化定时器对象，注册定时器回调处理函数，设置定时时间（ms），循环定时触发时间：

/* USER CODE BEGIN 2 */printf("multi timer test...
");
//重复计时，周期为1000次，即1000ms=1stimer_init(&timer1, timer1_callback, 1000, 1000);timer_start(&timer1);
//单次计时，周期为50次，即50mstimer_init(&timer2, timer2_callback, 50, 0);timer_start(&timer2);
/* USER CODE END 2 */

3.4. Timer对象处理

在循环中调用Timer对象处理函数，处理函数会判断链表上的每个定时器是否超时，如果超过，则拉起注册的回调函数：

/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */  timer_loop();} /* USER CODE END 3 */

3.5. 提供Timer时基信号

MultiTimer中所有的定时器都是通过一个32位的计数值_timer_ticks来判断的，所以需要一个硬件定时器提供时基信号，递增该值。

本文中使用的是STM32HAL库，所以通过Systick来提供，无需设置额外的定时器。

在main.c文件的最后编写Systick回调函数：

/* USER CODE BEGIN 4 */void HAL_SYSTICK_Callback(void){    //给multitimer提供时基信号    timer_ticks(); //1ms ticks}
/* USER CODE END 4 */

然后在stm32l4xx_it.c中调用该回调函数：

/**  * @brief This function handles System tick timer.  */void SysTick_Handler(void){  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */  HAL_SYSTICK_IRQHandler();
  /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */  HAL_IncTick();  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */
  /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */}

接下来编译下载，看在串口助手中看到打印的日志：

4. MultiTimer设计思想解读

4.1. 软件定时器设计思想

MultiTimer的设计比较简洁。

设置一个计数值_timer_ticks不断递增，由定时器提供的中断驱动，只计次数，不计时间，有了很大的自由度，一般时基信号设置为1ms一次：

/**  * @brief  background ticks, timer repeat invoking interval 1ms.  * @param  None.  * @retval None.  */void timer_ticks(){  _timer_ticks++;}

在程序运行时循环比较定时器设置的超时值是否大于当前_timer_ticks的计数值，如果是则再次判断是否重复计数值是否为0，是则停止定时器，完成单次计时效果，否则修改计数值，最后拉起注册到该定时器的回调函数执行：

/**  * @brief  main loop.  * @param  None.  * @retval None  */void timer_loop(){  struct Timer* target;  for(target=head_handle; target; target=target->next) {    if(_timer_ticks >= target->timeout) {      if(target->repeat == 0) {        timer_stop(target);      } else {        target->timeout = _timer_ticks + target->repeat;      }      target->timeout_cb();    }  }}

4.2. 单链表操作

MultiTimer的代码少，非常适合拿来学习单链表的操作，学习数据结构的过程是乏味的，不如直接来个实例看看是如何操作的。

① 链表的节点设计为一个软件定时器，所以理论上支持的定时器数量只受内存限制。

typedef struct Timer {    uint32_t timeout;    uint32_t repeat;    void (*timeout_cb)(void);    struct Timer* next;}Timer;

定时器初始化函数timer_init就是初始化一个链表节点：

void timer_init(struct Timer* handle, void(*timeout_cb)(), uint32_t timeout, uint32_t repeat){  // memset(handle, sizeof(struct Timer), 0);  handle->timeout_cb = timeout_cb;  handle->timeout = _timer_ticks + timeout;  handle->repeat = repeat;}

② 设置链表头指针，只需知道头指针就能完成对整个单链表的操作：

//timer handle list head.static struct Timer* head_handle = NULL;

③ 向单链表增加一个节点

向单链表增加一个节点有三种方式：

• 在单链表尾部增加一个节点
• 在单链表头部增加一个节点
• 在单链表中间增加一个节点

MultiTimer中所有的结点都是定时器，每个定时器之间相互独立，不存在先后次序关系，所以无论加到中间，还是加到尾部，还是加到头部，最后的功能都是一样的，但是在插入算法上有优劣性能之分。

先来看看再单链表尾部增加一个节点的算法：( 我会动哦 )

int timer_start(struct Timer* handle){  /**    * 算法1 —— 向单链表尾部添加节点   * 时间复杂度O(n)   * Mculover666   */  struct Timer* target = head_handle;  if(head_handle == NULL)  {    /* 链表为空 */    head_handle = handle;    handle->next = NULL;  }  else  {    /* 链表中存在节点，遍历找最后一个节点 */    while(target->next != NULL)    {      if(target == handle)        return -1;      target = target->next;    }    target->next = handle;    handle->next = NULL;  }
  return 0;}

这种算法理解简单，实现简单，但是算法时间复杂度秒变为O(n)，当n很大时，插入一个节点的时间就会非常久。

再来看看在链表头部插入一个新节点的情况：

(我会动哦)

int timer_start(struct Timer* handle){  /**    * 算法2 —— 向单链表头部添加节点   * 时间复杂度O(n)，如果去掉判断重复，则时间复杂度O(1)   * 0x1abin   */   struct Timer *target = head_handle;
   //判断是否有重复的定时器   while(target)   {    if(target == handle)    {      return -1;    }    target = target->next;   }   handle->next = head_handle;   head_handle = handle;   return 0;}

这里第二种头部插入节点的算法时间复杂度依然是O(n)，emmm?

其实，这里因为单链表节点是定时器，在插入的时候需要对整个链表进行判断，避免重复添加同样的定时器节点，所以无论任何一种算法，都需要对单链表进行遍历。

如果在不需要判断重复的情况下，尾部插入算法仍然需要遍历，但是头部插入算法只需要插入就可以，时间复杂度为O(1)，算法更优。

④ 单链表删除其中一个节点

删除单链表的节点时，因为节点自身只保存有下一个节点的指针，并没有指向上一个节点的指针，所以不能直接入手删除节点，那么如何删除单链表的节点呢？

方法是：设置二级指针（指向Timer类型指针的指针），通过遍历链表的方式来寻找节点中next指针指向删除节点的那个节点，代码如下。

void timer_stop(struct Timer* handle){  struct Timer** curr;  for(curr = &head_handle; *curr; ) {    struct Timer* entry = *curr;    if (entry == handle) {      *curr = entry->next;//      free(entry);    } else      curr = &entry->next;  }}

责任编辑：haq