[MsgOS]高效的延时处理机制

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[MsgOS]发个自己写的cortex-m单片机专用的操作系统
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[MsgOS]让系统跑起来
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[MsgOS]shell初体验
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[MsgOS]hello world!
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因为MsgOS发送消息时具有延时选项，具备其他系统里软硬件timer的功能，也就不再有单独的timer组件了。
当msg_send函数中的time参数不为0时，说明该消息要延时发送，单位为1毫秒，误差为一个单位，由于time为无符号32位数，则可延时的范围为1毫秒到约49天，无论定时精度还是跨度都是很出众的。当opt参数具备MSG_OPT_PERIODIC或MSG_OPT_REPEAT属性时，定时将会是周期性的(二者区别后面再讲)，否则为单次定时。
定时检查处理是在系统滴答定时器的中断中进行的，MsgOS系统心跳周期固定为1毫秒，而其他家系统一般是可变的，1毫秒的系统心跳既有足够的分辨精度又不至于占用太多CPU时间，最关键的是所有基于MsgOS的应用代码心跳都是1毫秒非常便于代码阅读和移植。


最初的定时实现方式是每次心跳中断都检查所有消息块，看计时值是否为0，不为0则减减处理，减减后若为0则说明计时时间到，调用相关处理。这种方式原理很简单但时间复杂度为O(n)，消息块越多检查耗时越多。
后来又改为了需要延时处理的消息块放在数组前面，每次心跳中断只对前面的延时消息快进行逐个判断。这样时间消耗明显减小，但当时对消息块数组进行排列插入操作的实现较为复杂。
后来系统从Linux源码中借鉴了双向循环链表的处理方法，消息块的插入删除等操作就变得简单高效了。
此后看到了别人的一种软件定时处理方法，基本思路是这样的：
1.添加第一个定时器(TA)时，计时时间就是参数输入值，如TA=100，然后每次心跳中断减减直到为0
2.添加第二个定时器(TB)，如果延时时间小于当前第一个的值，如延时为TB=40，此时第一个计时已为TA=80，则将其插入到第一个前面，计时为TB=40，而TA=80-40。如果TB延时时间小于当前第一个的值，如TB=120，TA=80,则将TB排在TA后面，此时TA=80，TB=120-80.
3.再有新定时器添加时类似上面处理，即根据当前延时值从小到大排列进行插入处理，并对队列后面的定时值进行修正。
4.每次心跳中断都只对第一个定时块进行计时减减处理，直到其减到为0定时时间到，删除该块把下一个块作为队列头继续处理。
这样处理的好处是心跳中断时间复杂度为O(1),每次耗时都很短且和延时任务数目无关。但每次在添加定时时需要进行一次队列比较和插入处理，还要修改其他定时块的计时值。


结合上面这一思路，MsgOS目前的计时处理又进化成了这样。
有一个64位的计时值clock从0开始，每次心跳中断加1处理，对于一个64位单位为1毫秒的计时值来讲，要到576584650年后才能溢出，所以我对其溢出后的错误处理采取了不处理的严谨做法
同时对这个64位数据还要按照高32位和低32位来访问，低32位表示此次计时周期中当前系统时间，高32位表示低32位计时溢出次数。
为了方便，构造一个联合体对此数据进行访问，如下所示

1. union
   
2.         {
   
3.                 uint64    total;
   
4.                 struct
   
5.                 {
   
6.                         uint32 current;
   
7.                         uint32 overflow;
   
8.                 }part;   
   
9.         }clock;

复制代码

再定义两个定时链表timer[0]和timer[1]，用于接收添加的定时消息块。且以计时周期溢出次数的0位值来指示哪个链表是当前延时链表，也就是在每次计时溢出后都会切换一次当前延时链表。

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1. void  msg_irq(void)
   
2. {
   
3.         msg_st    *msg;
   
4.         link_st   *link;
   
5.         link_st   *node;
   
6. 
   
7.         scb.mcb.clock.total++;
   
8.         link =&scb.mcb.timers[scb.mcb.clock.part.overflow & 0x01];   
   
9. 
   
10.         while(!link_isempty(link))
    
11.         {
    
12.                 node = link->next;      
    
13.                 msg =(msg_st  *)node;         
    
14.                 if(msg->tick <= scb.mcb.clock.part.current)
    
15.                 {            
    
16.                         link_remove(node);
    
17.                         if(msg->opt & MSG_OPT_IRQ)
    
18.                         {
    
19.                                 msg->state=MSG_STATE_RUNING;
    
20.                                 (msg->msgf)(msg->data,msg->ptr);
    
21.                                 if(msg->opt & MSG_OPT_PERIODIC)
    
22.                                 {              
    
23.                                         msg_enqueue_delay(msg);                                                         
    
24.                                 }
    
25.                                 else
    
26.                                 {
    
27.                                         link_insert_before(&scb.mcb.free,node);
    
28.                                         msg->state=MSG_STATE_FREE;
    
29.                                 }
    
30.                         }
    
31.                         else
    
32.                         {
    
33.                                 msg_enqueue_thread(msg);                                                        
    
34.                         }
    
35.                 }
    
36.                 else
    
37.                 {
    
38.                         break;
    
39.                 }                           
    
40.         }   
    
41. }

复制代码

okhxyyo

汇总帖在此：
[MsgOS]——by 科技猎人
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