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++ 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。 |
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 |
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: |
double dfMinus, dfFreq, dfTim; |
QueryPerformanceFrequency(&litmp); |
dfFreq = (double)litmp.QuadPart; |
QueryPerformanceCounter(&litmp); |
QueryPerformanceCounter(&litmp); |
dfMinus = (double)(QPart2 - QPart1); |
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。 |
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。 |
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。 |
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: |
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; |
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。 |
# define ONE_MILLI_SECOND 1 |
# define TIMER_ACCURACY 1 |
UINT wTimerRes_1ms,wTimerRes_2s; |
UINT TimerID_1ms,TimerID_2s; |
CCureApp::CCureApp():fout(“cure.out”, ios::out) |
wTimerRes_1ms = ONE_MILLI_SECOND; |
wTimerRes_2s = TWO_SECOND; |
//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) |
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); |
timeKillEvent(TimerID_1ms); |
timeKillEvent(TimerID_2s); |
timeEndPeriod(wAccuracy); |
void CCureApp::InitializeTimer() |
StartOneMilliSecondTimer(); |
// 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) |
CCureApp *app = (CCureApp *)dwUser; |
DWORD osBinaryTime = GetTickCount(); |
void CCureApp::StartOneMilliSecondTimer() |
if((TimerID_1ms = timeSetEvent(wTimerRes_1ms, |
(LPTIMECALBACK) OneMil liSecondProc, |
/ *周期调用,只使用一次,用TIME_ONESHOT*/ |
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; |
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: |
void Ddelay(unsigned long n) |
unsigned long nn,old_Clock, new_Clock, low, high, v_8253; |
unsigned long old_8253, new_8253, int_Time; |
nn =(unsigned long)((float)n*1000/840); |
v_8253 = low + 256 * high; |
v_8253 = low + 256 * high; |
if(old_8253< new_8253 && new_Clock-Told< 55) int_Time=(old_8253-new_8253)+ |
((new_Clock-old_Clock)/55+1)*65536lu; |
int_Time=(old_8253-new_8253)+ |
((new_Clock-old_Clock)/55) * 65536lu; |