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基于Windows的精确定时技术------timer

在工业生产控制系统中,有许多需要定时完成的操作,如:定时显示当前时间,定时刷新屏幕上的进度条,上位机定时向下位机发送命令和传送数据等。特别是在对控制性能要求较高的控制系统和数据采集系统中,就更需要精确定时操作。
  众所周知,Windows是基于消息机制的系统,任何事件的执行都是通过发送和接收消息来完成的。这样就带来了一些问题,如一旦计算机的CPU被某个进程占用,或系统资源紧张时,发送到消息队列中的消息就暂时被挂起,得不到实时处理。因此,不能简单地通过Windows消息引发一个对定时要求严格的事件。另外,由于在Windows中已经封装了计算机底层硬件的访问,所以,要想通过直接利用访问硬件来完成精确定时,也比较困难。所以在实际应用时,应针对具体定时精度的要求,采取相适应的定时方法。
VC++的时间操作函数
  VC++ 中提供了很多关于时间操作的函数,利用它们控制程序能够精确地完成定时和计时操作。VC++中的WM_TIMER消息映射能进行简单的时间控制。首先调用函数SetTimer()设置定时间隔,如SetTimer(0,200,NULL)即为设置200ms的时间间隔。然后在应用程序中增加定时响应函数OnTimer(),并在该函数中添加响应的处理语句,用来完成到达定时时间的操作。这种定时方法非常简单,但其定时功能如同Sleep()函数的延时功能一样,精度非常低,只可以用来实现诸如位图的动态显示等对定时精度要求不高的情况。
  在精度要求较高的情况下,如要求误差不大于1ms时,可以利用GetTickCount()函数。该函数的返回值是DWORD型,表示以ms为单位的计算机启动后经历的时间间隔。下列的代码可以实现50ms的精确定时,其误差小于1ms。
// 起始值和中止值
  DWORD dwStart, dwStop ;
dwStop = GetTickCount();
while(TRUE)
{
// 上一次的中止值变成新的起始值
dwStart = dwStop ;
   // 此处添加相应控制语句
   do
   {
dwStop = GetTickCount() ;
    }while(dwStop - 50 < dwStart) ;
}
  对于精确度要求更高的定时操作,则应该使用QueryPerformanceFrequency()和QueryPerformanceCount
er()函数。这两个函数是VC++提供的仅供Windows 95及其后续版本使用的精确时间函数,并要求计算机从硬件上支持精确定时器。QueryPerformanceFrequency()函数和QueryPerformanceCounter()函数的原型如下:
  BOOL QueryPerformanceFrequency
(LARGE_INTEGER *lpFrequency);
  BOOL QueryPerformanceCounter
(LARGE_INTEGER *lpCount);
数据类型LARGE_INTEGER既可以是一个8字节长的整型数,也可以是两个4字节长的整型数的联合结构,其具体用法根据编译器是否支持64位而定。该类型的定义如下:
  typedef union _LARGE_INTEGER
{
   struct
   {
// 4字节整型数
DWORD LowPart ;
// 4字节整型数
LONG HighPart ;
   };
// 8字节整型数
   LONGLONG QuadPart ;
} LARGE_INTEGER ;
  在进行定时之前,先调用QueryPerformanceFrequency()函数获得机器内部定时器的时钟频率,然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用QueryPerformanceCounter()函数,利用两次获得的计数之差及时钟频率,计算出事件经历的精确时间。下面的程序用来测试函数Sleep(100)的精确持续时间:
  LARGE_INTEGER litmp;
  LONGLONG QPart1,QPart2;
  double dfMinus, dfFreq, dfTim;
  QueryPerformanceFrequency(&litmp);
  // 获得计数器的时钟频率
  dfFreq = (double)litmp.QuadPart;
  QueryPerformanceCounter(&litmp);
  // 获得初始值
  QPart1 = litmp.QuadPart;
  Sleep(100);
  QueryPerformanceCounter(&litmp);
  // 获得中止值
  QPart2 = litmp.QuadPart;
  dfMinus = (double)(QPart2 - QPart1);
  // 获得对应的时间值
  dfTim = dfMinus / dfFreq;
  由于Sleep()函数自身的误差,上述程序每次执行的结果都会有微小误差。
使用多媒体定时器
  微软公司在其多媒体Windows中提供了精确定时器的底层API支持。利用多媒体定时器可以很精确地读出系统的当前时间,并且能在非常精确的时间间隔内完成一个事件、函数或过程的调用。利用多媒体定时器的基本功能,可以通过两种方法实现精确定时。
  1.使用timeGetTime()函数
  该函数定时精度为ms级,返回从Windows启动开始所经过的时间。由于使用该函数是通过查询的方式进行定时控制的,所以,应该建立定时循环来进行定时事件的控制。
  2. 使用timeSetEvent()函数
  利用该函数可以实现周期性的函数调用。函数的参数说明如下:
  uDelay:延迟时间;
  uResolution:时间精度,在Windows中缺省值为1ms;
  lpFunction:回调函数,为用户自定义函数,定时调用;
  dwUser:用户参数;
  uFlags:标志参数;
  TIME_ONESHOT:执行一次;
  TIME_PERIODIC:周期性执行。
  具体应用时,可以通过调用timeSetEvent()函数,将需要周期性执行的任务定义在lpFunction回调函数中(如:定时采样、控制等),从而完成所需处理的事件。需要注意的是:任务处理的时间不能大于周期间隔时间。另外,在定时器使用完毕后,应及时调用timeKillEvent()将之释放。
  下面这段代码的主要功能是设置两个时钟定时器,一个间隔是1ms,一个间隔是2s。每执行一次,把当前系统时钟值输入文件“cure.out”中,以比较该定时器的精确度。
//定义1ms和2s时钟间隔,以ms为单位
# define ONE_MILLI_SECOND 1
# define TWO_SECOND 2000
//定义时钟分辨率,以ms为单位
# define TIMER_ACCURACY 1
//定义时间间隔
UINT wTimerRes_1ms,wTimerRes_2s;
//定义分辨率
UINT wAccuracy;
//定义定时器句柄
UINT TimerID_1ms,TimerID_2s;
//打开输出文件“cure.out”
CCureApp::CCureApp():fout(“cure.out”, ios::out)
{
 // 给时间间隔变量赋值
 wTimerRes_1ms = ONE_MILLI_SECOND;
 wTimerRes_2s = TWO_SECOND;
 TIMECAPS tc;
 //利用函数timeGetDevCaps取出系统分辨率的取值范围,如果无错则继续
 if(timeGetDevCaps(&tc,sizeof(TIMECAPS))==TIMERR_NOERROR)
{
  //分辨率的值不能超出系统的取值范围
 wAccuracy=min(max(tc.wPeriodMin,
TIMER_ACCURACY),tc.wPeriodMax);
//调用timeBeginPeriod函数设置定时器的分辨率
timeBeginPeriod(wAccuracy);
//设置定时器
InitializeTimer();
 }
}
CCureApp:: ~CCureApp()
{
//结束时钟
fout <<“结束时钟”<< endl;
// 删除两个定时器
timeKillEvent(TimerID_1ms);
timeKillEvent(TimerID_2s);
// 删除设置的分辨率
timeEndPeriod(wAccuracy);
}
void CCureApp::InitializeTimer()
{
StartOneMilliSecondTimer();
StartTwoSecondTimer();
}
// 1ms定时器的回调函数,类似于中断处理程序,一定要声明为全局PASCAL函数,否则编译会有问题
void PASCAL OneMilliSecondProc(UINT wTimerID, UINT msg,DWORD dwUser,DWORD dwl,DWORD dw2)
{
 // 定义计数器
static int ms = 0;
CCureApp *app = (CCureApp *)dwUser;
// 取得系统时间,以ms为单位
DWORD osBinaryTime = GetTickCount();
//输出计数器值和当前系统时间
app->fout<<++ms<<“:1ms:”
<<OSBINARYTIME<<>
}
// 加装1ms定时器
void CCureApp::StartOneMilliSecondTimer()
{
if((TimerID_1ms = timeSetEvent(wTimerRes_1ms,
wAccuracy,
// 回调函数
(LPTIMECALBACK) OneMil liSecondProc,
// 用户传送到回调函数的数据
(DWORD)this,
/ *周期调用,只使用一次,用TIME_ONESHOT*/
 TIME_PERIODIC)) == 0)
{
AfxMessageBox(“不能进行定时!”, MB_OK | MB_ICONASTERISK);
}
else //不等于0表明加装成功,返回此定时器的句柄
fout << “16ms 计 时:” << endl;
}
利用系统定时中断
  在PC机中采用了可编程定时/计数芯片8253,计数器0工作在方式3,用OUT0产生时钟信号。OUT0作为中断请求信号接可编程中断控制器8259A的IR0(系统中IRQ0)。由于fCLK≈1.19MHz,TCLK≈840ns,因此8253初值为65536时,大约每840ns×65536≈55ms中断一次。可以读取计数器的当前计数值,计数器值每减一,代表时间840ns,另加上计数器是否计满的判断,则可计算出时间的精确值。
  8253的6种工作方式的设置是在初始化时用输出指令写控制字来实现的,其中,方式0为在结束计数时中断。
  调用VC++运行库函数clock(),可以获得本次程序运行由处理器用去的ms时间,由此可判断出计数器是否计满。具体程序代码如下:
// 延时函数
void Ddelay(unsigned long n)
{
unsigned long Told;
unsigned long nn,old_Clock, new_Clock, low, high, v_8253;
unsigned long old_8253, new_8253, int_Time;
// nn单位: 840ns
nn =(unsigned long)((float)n*1000/840);
// 锁定8253计数值
_outp(0x43,0x00);
// 读取8253计数值
low = _inp(0x40);
high = _inp(0x40);
v_8253 = low + 256 * high;
old_8253 = v_8253;
old_Clock=clock();
Told=old_Clock;
int_Time=0;
while(int_Time < nn)
{
_outp(0x43,0x00);
low = _inp(0x40);
high = _inp(0x40);
v_8253 = low + 256 * high;
new_8253 = v_8253;
new_Clock=clock();
if(old_8253< new_8253 && new_Clock-Told< 55) int_Time=(old_8253-new_8253)+
((new_Clock-old_Clock)/55+1)*65536lu;
else
int_Time=(old_8253-new_8253)+
((new_Clock-old_Clock)/55) * 65536lu;
Told=new_Clock;
}
}

posted on 2006-12-12 14:21 大龙 阅读(1929) 评论(0)  编辑 收藏 引用


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