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tags: [source-summary]
type: source
source: "尚硅谷嵌入式技术之FreeRTOS实时操作系统 V1.0.3 — 第17~18章 + 配套代码19/20"
author: "尚硅谷研究院"
date: 2026-07-12
url: ""
created: 2026-07-12
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# 软件定时器与 Tickless 低功耗

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## 软件定时器

> **用生活理解**：软件定时器就像你手机上的"闹钟"——
> - **一次性定时器**：设一个闹钟，响了就没了（比如"30分钟后关火"）
> - **周期性定时器**：设一个重复闹钟，每天这个点都响（比如"每天早上7点起床"）

### 硬件 vs 软件定时器

| 特性 | 硬件定时器 | 软件定时器 |
|------|-----------|-----------|
| 本质 | 芯片内部真实计数器 | 用RTOS tick模拟的"假定时器" |
| 精度 | 微秒级 | 受任务调度影响（毫秒级） |
| 数量 | 有限（STM32F1有几个TIM） | 无限（只要内存够） |
| 回调 | 在中断中执行 | 在"定时器服务任务"中执行 |

### 示例：软件定时器（项目19）

#### 情景
- 创建两个定时器：timer1（一次性，500ms）和 timer2（周期性，1000ms）
- 按 KEY1 → 启动两个定时器
- 按 KEY2 → 停止两个定时器

#### 核心代码

```c
#include "timers.h"

TimerHandle_t timer1_handle;  // 一次性
TimerHandle_t timer2_handle;  // 周期性

void freertos_start(void)
{
    // 创建一次性定时器：500ms后执行一次
    timer1_handle = xTimerCreate(
        "timer1",          // 名字（调试用）
        500,               // 周期 = 500个tick
        pdFALSE,           // pdFALSE = 一次性，pdTRUE = 周期性
        (void *)1,         // 定时器ID（可用于区分多个定时器）
        timer1_callback);  // 超时回调函数

    // 创建周期性定时器：每1000ms执行一次
    timer2_handle = xTimerCreate(
        "timer2", 1000, pdTRUE, (void *)2, timer2_callback);

    xTaskCreate(/* task1 */);
    vTaskStartScheduler();
}

/* ========== 控制任务 ========== */
void task1(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    while (1)
    {
        key = Key_Detect();
        if (key == KEY1_PRESS)
        {
            xTimerStart(timer1_handle, portMAX_DELAY);  // 启动一次性
            xTimerStart(timer2_handle, portMAX_DELAY);  // 启动周期性
        }
        else if (key == KEY2_PRESS)
        {
            xTimerStop(timer1_handle, portMAX_DELAY);   // 停止
            xTimerStop(timer2_handle, portMAX_DELAY);
        }
        vTaskDelay(500);
    }
}

/* ========== 回调函数 ========== */
void timer1_callback(TimerHandle_t xTimer)
{
    static uint16_t count = 0;
    printf("一次性定时器触发了第%d次\r\n", ++count);
    // 一次性定时器：只会打印一次
}

void timer2_callback(TimerHandle_t xTimer)
{
    static uint16_t count = 0;
    printf("周期性定时器触发了第%d次\r\n", ++count);
    // 周期性定时器：一直打印下去
}
```

### 定时器 API 速查

| 函数 | 作用 | 类比 |
|------|------|------|
| `xTimerCreate()` | 创建定时器 | 买一个闹钟 |
| `xTimerStart()` | 启动 | 拧上发条开始计时 |
| `xTimerStop()` | 停止 | 按掉闹钟 |
| `xTimerReset()` | 复位（重新开始计时） | 把闹钟重设为当前时间+N |
| `xTimerChangePeriod()` | 修改周期 | 把闹钟改成不同的时间响 |

### ⚠️ 定时器回调的约束

定时器回调函数在**定时器服务任务**中执行，**不能调用阻塞 API**：
```c
// ❌ 错误：在回调中调用阻塞函数
void timer_callback(TimerHandle_t xTimer)
{
    vTaskDelay(100);         // 禁止！会阻塞整个定时器服务任务
    xQueueReceive(queue, &val, portMAX_DELAY);  // 禁止！
    xSemaphoreTake(sem, portMAX_DELAY);         // 禁止！
}

// ✅ 正确做法：在回调里只做快速处理
void timer_callback(TimerHandle_t xTimer)
{
    printf("超时了!\r\n");        // 可以：printf通常很快
    LED_Toggle(LED1_Pin);         // 可以：GPIO操作极快
    xQueueSend(queue, &val, 0);   // 可以：超时=0不阻塞
}
```

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## Tickless 低功耗模式

> **用生活理解**：普通模式下，系统像一个人"每秒醒来看一次有没有事做"。Tickless 模式下，没事做就直接睡大觉，直到有事了才被叫醒。省电！

### 工作原理

```
普通模式：  醒→看→没事→睡→醒→看→没事→睡→醒→看→有事→干→醒→看...
               ↑                ↑                ↑
            1秒醒一次       1秒醒一次        1秒醒一次（浪费电）

Tickless：   醒→看→没事→睡大觉→有事→醒了→干活
               ↑                          ↑
            睡很久                     有人叫醒（省电！）
```

### 配置方法

```c
// FreeRTOSConfig.h
#define configUSE_TICKLESS_IDLE    1   // 开启低功耗

// 定义"睡前处理"和"醒后处理"
#define configPRE_SLEEP_PROCESSING(x)     PRE_SLEEP_PROCESSING()
#define configPOST_SLEEP_PROCESSING(x)    POST_SLEEP_PROCESSING()

// 睡前：关掉所有外设时钟以省电
void PRE_SLEEP_PROCESSING(void)
{
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_DISABLE();
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_DISABLE();
    // ... 关掉当前不需要的外设
}

// 醒后：重新打开外设时钟
void POST_SLEEP_PROCESSING(void)
{
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
    // ... 重新打开外设
}
```

### STM32 低功耗模式对比

| 模式 | 功耗 | 唤醒方式 | 醒来速度 | Tickless用哪个？ |
|------|------|---------|---------|----------------|
| 睡眠（Sleep） | 中 | 任何中断 | 最快 | ✅ 默认用这个 |
| 停机（Stop） | 低 | EXTI/RTC/USB | 中等 | ⚠️ 需额外配置 |
| 待机（Standby） | 极低 | 复位/WKUP/RTC | 最慢 | ❌ 用不了 |

### 配套代码
- `code/19_软件定时器/`
- `code/20_低功耗模式/`

> 后续章节：[[11-内存管理]]