1. MultiTimer

今天給大家?guī)?lái)的開(kāi)源項(xiàng)目是 MultiTimer，一款可無(wú)限擴(kuò)展的軟件定時(shí)器，作者0x1abin，目前收獲 95 個(gè) star，遵循 MIT 開(kāi)源許可協(xié)議。

MultiTimer 是一個(gè)軟件定時(shí)器擴(kuò)展模塊，可無(wú)限擴(kuò)展你所需的定時(shí)器任務(wù)，取代傳統(tǒng)的標(biāo)志位判斷方式， 更優(yōu)雅更便捷地管理程序的時(shí)間觸發(fā)時(shí)序。

項(xiàng)目地址：https://github.com/0x1abin/MultiTimer

2. 移植MultiTimer

2.1. 移植思路

開(kāi)源項(xiàng)目在移植過(guò)程中主要參考項(xiàng)目的readme文檔，一般只需兩步：

• ① 添加源碼到裸機(jī)工程中；
• ② 實(shí)現(xiàn)需要的接口；

2.2. 準(zhǔn)備裸機(jī)工程

本文中我使用的是小熊派IoT開(kāi)發(fā)套件，主控芯片為STM32L431RCT6：

移植之前需要準(zhǔn)備一份裸機(jī)工程，我使用STM32CubeMX生成，需要初始化以下配置：

• 配置一個(gè)串口用于打印信息
• printf重定向

2.3. 添加MultiTimer到工程中

① 復(fù)制MultiTimer源碼到工程中

② 在keil中添加 MultiTimer的源碼文件

③ 將MultiTimer頭文件路徑添加到keil中

3. 使用MultiTimer

使用時(shí)包含頭文件：

#include "multi_timer.h"

如果遇到multi_timer.c文件中NULL宏定義報(bào)錯(cuò)，則在multi_timer.h中添加頭文件即可。

3.1. 創(chuàng)建Timer對(duì)象

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

3.2. Timer回調(diào)函數(shù)

/* 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. 初始化并啟動(dòng)Timer

始化定時(shí)器對(duì)象，注冊(cè)定時(shí)器回調(diào)處理函數(shù)，設(shè)置定時(shí)時(shí)間（ms），循環(huán)定時(shí)觸發(fā)時(shí)間：

/* USER CODE BEGIN 2 */printf("multi timer test...
");
//重復(fù)計(jì)時(shí)，周期為1000次，即1000ms=1stimer_init(&timer1, timer1_callback, 1000, 1000);timer_start(&timer1);
//單次計(jì)時(shí)，周期為50次，即50mstimer_init(&timer2, timer2_callback, 50, 0);timer_start(&timer2);
/* USER CODE END 2 */

3.4. Timer對(duì)象處理

在循環(huán)中調(diào)用Timer對(duì)象處理函數(shù)，處理函數(shù)會(huì)判斷鏈表上的每個(gè)定時(shí)器是否超時(shí)，如果超過(guò)，則拉起注冊(cè)的回調(diào)函數(shù)：

/* 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時(shí)基信號(hào)

MultiTimer中所有的定時(shí)器都是通過(guò)一個(gè)32位的計(jì)數(shù)值_timer_ticks來(lái)判斷的，所以需要一個(gè)硬件定時(shí)器提供時(shí)基信號(hào)，遞增該值。

本文中使用的是STM32HAL庫(kù)，所以通過(guò)Systick來(lái)提供，無(wú)需設(shè)置額外的定時(shí)器。

在main.c文件的最后編寫(xiě)Systick回調(diào)函數(shù)：

/* USER CODE BEGIN 4 */void HAL_SYSTICK_Callback(void){    //給multitimer提供時(shí)基信號(hào)    timer_ticks(); //1ms ticks}
/* USER CODE END 4 */

然后在stm32l4xx_it.c中調(diào)用該回調(diào)函數(shù)：

/**  * @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 */}

接下來(lái)編譯下載，看在串口助手中看到打印的日志：

4. MultiTimer設(shè)計(jì)思想解讀

4.1. 軟件定時(shí)器設(shè)計(jì)思想

MultiTimer的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)潔。

設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)值_timer_ticks不斷遞增，由定時(shí)器提供的中斷驅(qū)動(dòng)，只計(jì)次數(shù)，不計(jì)時(shí)間，有了很大的自由度，一般時(shí)基信號(hào)設(shè)置為1ms一次：

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

在程序運(yùn)行時(shí)循環(huán)比較定時(shí)器設(shè)置的超時(shí)值是否大于當(dāng)前_timer_ticks的計(jì)數(shù)值，如果是則再次判斷是否重復(fù)計(jì)數(shù)值是否為0，是則停止定時(shí)器，完成單次計(jì)時(shí)效果，否則修改計(jì)數(shù)值，最后拉起注冊(cè)到該定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)執(zhí)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. 單鏈表操作

MultiTimer的代碼少，非常適合拿來(lái)學(xué)習(xí)單鏈表的操作，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過(guò)程是乏味的，不如直接來(lái)個(gè)實(shí)例看看是如何操作的。

① 鏈表的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為一個(gè)軟件定時(shí)器，所以理論上支持的定時(shí)器數(shù)量只受內(nèi)存限制。

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

定時(shí)器初始化函數(shù)timer_init就是初始化一個(gè)鏈表節(jié)點(diǎn)：

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 設(shè)置鏈表頭指針，只需知道頭指針就能完成對(duì)整個(gè)單鏈表的操作：

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

③ 向單鏈表增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)

向單鏈表增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)有三種方式：

• 在單鏈表尾部增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)
• 在單鏈表頭部增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)
• 在單鏈表中間增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)

MultiTimer中所有的結(jié)點(diǎn)都是定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器之間相互獨(dú)立，不存在先后次序關(guān)系，所以無(wú)論加到中間，還是加到尾部，還是加到頭部，最后的功能都是一樣的，但是在插入算法上有優(yōu)劣性能之分。

先來(lái)看看再單鏈表尾部增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)的算法：( 我會(huì)動(dòng)哦 )

int timer_start(struct Timer* handle){  /**    * 算法1 —— 向單鏈表尾部添加節(jié)點(diǎn)   * 時(shí)間復(fù)雜度O(n)   * Mculover666   */  struct Timer* target = head_handle;  if(head_handle == NULL)  {    /* 鏈表為空 */    head_handle = handle;    handle->next = NULL;  }  else  {    /* 鏈表中存在節(jié)點(diǎn)，遍歷找最后一個(gè)節(jié)點(diǎn) */    while(target->next != NULL)    {      if(target == handle)        return -1;      target = target->next;    }    target->next = handle;    handle->next = NULL;  }
  return 0;}

這種算法理解簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是算法時(shí)間復(fù)雜度秒變?yōu)镺(n)，當(dāng)n很大時(shí)，插入一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間就會(huì)非常久。

再來(lái)看看在鏈表頭部插入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)的情況：

(我會(huì)動(dòng)哦)

int timer_start(struct Timer* handle){  /**    * 算法2 —— 向單鏈表頭部添加節(jié)點(diǎn)   * 時(shí)間復(fù)雜度O(n)，如果去掉判斷重復(fù)，則時(shí)間復(fù)雜度O(1)   * 0x1abin   */   struct Timer *target = head_handle;
   //判斷是否有重復(fù)的定時(shí)器   while(target)   {    if(target == handle)    {      return -1;    }    target = target->next;   }   handle->next = head_handle;   head_handle = handle;   return 0;}

這里第二種頭部插入節(jié)點(diǎn)的算法時(shí)間復(fù)雜度依然是O(n)，emmm?

其實(shí)，這里因?yàn)閱捂湵砉?jié)點(diǎn)是定時(shí)器，在插入的時(shí)候需要對(duì)整個(gè)鏈表進(jìn)行判斷，避免重復(fù)添加同樣的定時(shí)器節(jié)點(diǎn)，所以無(wú)論任何一種算法，都需要對(duì)單鏈表進(jìn)行遍歷。

如果在不需要判斷重復(fù)的情況下，尾部插入算法仍然需要遍歷，但是頭部插入算法只需要插入就可以，時(shí)間復(fù)雜度為O(1)，算法更優(yōu)。

④ 單鏈表刪除其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)

刪除單鏈表的節(jié)點(diǎn)時(shí)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)自身只保存有下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針，并沒(méi)有指向上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針，所以不能直接入手刪除節(jié)點(diǎn)，那么如何刪除單鏈表的節(jié)點(diǎn)呢？

方法是：設(shè)置二級(jí)指針（指向Timer類(lèi)型指針的指針），通過(guò)遍歷鏈表的方式來(lái)尋找節(jié)點(diǎn)中next指針指向刪除節(jié)點(diǎn)的那個(gè)節(jié)點(diǎn)，代碼如下。

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;  }}