嵌入式时钟管理器的设计方案与实现

目前，在嵌入式产品的研发中，低档微处理器软件多采用裸机开发模式实现。在这种开发模式中，常有如下需求：

(1) 在经历特定的时间段后，执行特定操作;

(2) 根据给定周期执行特定操作。

传统的作法是利用前后台方式：设定硬件定时器，使其在后台以特定周期对各相关操作的标志变量作计数操作;前台则不断对各标志变量巡回查询，若发现标志变量达到预定值，则执行特定操作。可见，上述需求需直接操作硬件定时器实现，其过程繁琐，且需要用户对相关硬件有深入了解。因此，本文设计、实现了一种使用方便的低端系统时钟管理器。

本时钟管理器适用于可提供至少一个硬件定时器的处理器。其为用户提供了有益、友好的裁剪途径，以满足不同目标系统的实际需要。通过裁剪，该时钟管理器的目标代码最小可至100B以下，最大也不超过1KB。

时钟管理器在实现中，将与硬件密切相关的部分组成一独立模块(文件)。针对不同的目标系统处理器，更换该模块即可。为使表述不过抽象，本文以8051系列单片机为目标系统处理器、C51为工具语言阐述该嵌入式时钟管理器的设计与实现。

　　1 设计

该时钟管理器模块(文件)结构如图1所示。

(1) configClk.h定义了有关系统裁剪、配置的可调参数，通过对configClk.h中相关宏参数的配置，即可实现对该时钟管理器系统的配置和裁剪。

(2) clk_impl.*功能模块用来封装目标系统的一个硬件定时器，以屏蔽不同处理器间的硬件差异，起到HAL(HardwareAbstractLayer)作用。系统时钟在此构建。

(3) clk.*模块在clk_impl.*提供的HAL基础上进一步封装，通过一个钩子(Hook)函数，为系统提供时钟脉冲，且脉冲宽度可调(配置configClk.h中的相关宏参即可)。

(4) WdLib.*模块为用户应用提供多个软件定时器。

　　2 实现

　　2.1硬件定时器的底层封装

硬件定时器底层封装在图1所示的clk_impl.*中实现。其中定义了一个初始化接口函数和一个定时器中断的ISR(InterruptServiceRoutine)。令选用的硬件时钟为定时器0(可在configClk.h中配置)。

(1) 初始化接口函数void_clkInit(void){}

用户通过调用该接口函数，可周期性地执行相应的ISR—clkTick_ISR，从而形成逻辑上的系统时钟。另外，本接口函数不为用户直接访问，而在上层模块clk.*中被调用。

(2) 定时器0的ISR—clkTick_ISR

voidclkTick_ISR(void)interrupt1usingREG_GRP_FOR_

SYS_CLK{}

其中：REG_GRP_FOR_SYS_CLK为定义于configClk.h中的可调参数，用来设定本ISR的工作寄存器组。
　2.2 时钟脉冲的提供

时钟脉冲在图1所示的clk.*中实现。

本文提供三个用户接口函数和一个用户可修改、但不可调用的钩子函数(clkTick_ISR_hook仅能在clkTick_ISR中被调用)。其用户接口声明如下：

externvoidconstructClk(void);

externvoiddestructClk(void);

externUINT8getClkRate(void);

其中：constructClk用以构建系统时钟，要使用本文所述的时钟管理器，需首先通过调用_clkInit(定义于clk_impl.*模块)实现对本函数的调用;destructClk用以解析业已构建的系统时钟;getClkRate用以获取系统当前的时钟节拍率(即定义于configClk.h中的宏SYS_CLK_RATE的当前值)。

clkTick_ISR_hook由系统声明，用户可修改其定义，其最终仅为系统作周期性调用。用户可将自己需进行的周期性操作放于其中，后面叙述的软件定时器的“守护”例程(wdDaemon)正是置于此处而被周期调用。由于置于其中的操作将在中断执行，所以这些操作应尽可能简短、省时。

2.3 软件定时器的提供

本功能在图1所示的wdLib.*中实现。

其为用户提供了可快速、便捷地实现用户定时需求的接口函数和一个被周期性调用的定时器守护例程wdDaemon。

externvoidconstructWDOG(void);//为使用定时器系统作初始化操作

externvoiddestructWDOG(void)//置定时器系统为初始态

externWDOG_IDwdCreate(void);//建立一个定时器，并返回其ID

externSTATUSwdCancel(WDOG_IDwdId);//终止指定定时器并复位

externSTATUSwdDelete(WDOG_IDwdId);//删除指定定时器

externSTATUSwdStart(WDOG_IDwdId，UINT16ticks，VOIDFUNCPTRwdr);//启动指定定时器，它会在指定时间后触发给定操作

其中：WDOG_ID为定时器ID类型，即UINT8。传送给wdStart的参数“UINT16ticks”指明定时时间长度，单位为系统时钟节拍，1节拍=1/SYS_CLK_RATE(s)。因该参数的类型定为UINT16，故定时器的最大定时长度为216×(1/SYS_CLK_RATE)，即216/SYS_CLK_RATE(s)。

定时器的实现方案有静态数组法和delta列表法两种方法。这两种方法各有优缺点：前者逻辑简单，