1. MultiTimer

今天給大家帶來的開源項目是 MultiTimer，一款可無限擴展的軟件定時器，作者0x1abin，目前收獲 95 個 star，遵循 MIT 開源許可協議。

MultiTimer 是一個軟件定時器擴展模塊，可無限擴展你所需的定時器任務，取代傳統的標志位判斷方式， 更優雅更便捷地管理程序的時間觸發時序。

項目地址：https://github.com/0x1abin/MultiTimer

2. 移植MultiTimer

2.1. 移植思路

開源項目在移植過程中主要參考項目的readme文檔，一般只需兩步：

• ① 添加源碼到裸機工程中；
• ② 實現需要的接口；

2.2. 準備裸機工程

本文中我使用的是小熊派IoT開發套件，主控芯片為STM32L431RCT6：

移植之前需要準備一份裸機工程，我使用STM32CubeMX生成，需要初始化以下配置：

• 配置一個串口用于打印信息
• printf重定向

2.3. 添加MultiTimer到工程中

① 復制MultiTimer源碼到工程中

② 在keil中添加 MultiTimer的源碼文件

③ 將MultiTimer頭文件路徑添加到keil中

3. 使用MultiTimer

使用時包含頭文件：

#include "multi_timer.h"

如果遇到multi_timer.c文件中NULL宏定義報錯，則在multi_timer.h中添加頭文件即可。

3.1. 創建Timer對象

/* USER CODE BEGIN PV */struct Timer timer1;struct Timer timer2;
/* USER CODE END PV */

3.2. Timer回調函數

/* Private user code ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN 0 */void timer1_callback(){    printf("timer1 timeout!
");}
void timer2_callback(){    printf("timer2 timeout!
");}/* USER CODE END 0 */

3.3. 初始化并啟動Timer

始化定時器對象，注冊定時器回調處理函數，設置定時時間（ms），循環定時觸發時間：

/* USER CODE BEGIN 2 */printf("multi timer test...
");
//重復計時，周期為1000次，即1000ms=1stimer_init(&timer1, timer1_callback, 1000, 1000);timer_start(&timer1);
//單次計時，周期為50次，即50mstimer_init(&timer2, timer2_callback, 50, 0);timer_start(&timer2);
/* USER CODE END 2 */

3.4. Timer對象處理

在循環中調用Timer對象處理函數，處理函數會判斷鏈表上的每個定時器是否超時，如果超過，則拉起注冊的回調函數：

/* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){  /* USER CODE END WHILE */
  /* USER CODE BEGIN 3 */  timer_loop();} /* USER CODE END 3 */

3.5. 提供Timer時基信號

MultiTimer中所有的定時器都是通過一個32位的計數值_timer_ticks來判斷的，所以需要一個硬件定時器提供時基信號，遞增該值。

本文中使用的是STM32HAL庫，所以通過Systick來提供，無需設置額外的定時器。

在main.c文件的最后編寫Systick回調函數：

/* USER CODE BEGIN 4 */void HAL_SYSTICK_Callback(void){    //給multitimer提供時基信號    timer_ticks(); //1ms ticks}
/* USER CODE END 4 */

然后在stm32l4xx_it.c中調用該回調函數：

/**  * @brief This function handles System tick timer.  */void SysTick_Handler(void){  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */  HAL_SYSTICK_IRQHandler();
  /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */  HAL_IncTick();  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */
  /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */}

接下來編譯下載，看在串口助手中看到打印的日志：

4. MultiTimer設計思想解讀

4.1. 軟件定時器設計思想

MultiTimer的設計比較簡潔。

設置一個計數值_timer_ticks不斷遞增，由定時器提供的中斷驅動，只計次數，不計時間，有了很大的自由度，一般時基信號設置為1ms一次：

/**  * @brief  background ticks, timer repeat invoking interval 1ms.  * @param  None.  * @retval None.  */void timer_ticks(){  _timer_ticks++;}

在程序運行時循環比較定時器設置的超時值是否大于當前_timer_ticks的計數值，如果是則再次判斷是否重復計數值是否為0，是則停止定時器，完成單次計時效果，否則修改計數值，最后拉起注冊到該定時器的回調函數執行：

/**  * @brief  main loop.  * @param  None.  * @retval None  */void timer_loop(){  struct Timer* target;  for(target=head_handle; target; target=target->next) {    if(_timer_ticks >= target->timeout) {      if(target->repeat == 0) {        timer_stop(target);      } else {        target->timeout = _timer_ticks + target->repeat;      }      target->timeout_cb();    }  }}

4.2. 單鏈表操作

MultiTimer的代碼少，非常適合拿來學習單鏈表的操作，學習數據結構的過程是乏味的，不如直接來個實例看看是如何操作的。

① 鏈表的節點設計為一個軟件定時器，所以理論上支持的定時器數量只受內存限制。

typedef struct Timer {    uint32_t timeout;    uint32_t repeat;    void (*timeout_cb)(void);    struct Timer* next;}Timer;

定時器初始化函數timer_init就是初始化一個鏈表節點：

void timer_init(struct Timer* handle, void(*timeout_cb)(), uint32_t timeout, uint32_t repeat){  // memset(handle, sizeof(struct Timer), 0);  handle->timeout_cb = timeout_cb;  handle->timeout = _timer_ticks + timeout;  handle->repeat = repeat;}

② 設置鏈表頭指針，只需知道頭指針就能完成對整個單鏈表的操作：

//timer handle list head.static struct Timer* head_handle = NULL;

③ 向單鏈表增加一個節點

向單鏈表增加一個節點有三種方式：

• 在單鏈表尾部增加一個節點
• 在單鏈表頭部增加一個節點
• 在單鏈表中間增加一個節點

MultiTimer中所有的結點都是定時器，每個定時器之間相互獨立，不存在先后次序關系，所以無論加到中間，還是加到尾部，還是加到頭部，最后的功能都是一樣的，但是在插入算法上有優劣性能之分。

先來看看再單鏈表尾部增加一個節點的算法：( 我會動哦 )

int timer_start(struct Timer* handle){  /**    * 算法1 —— 向單鏈表尾部添加節點   * 時間復雜度O(n)   * Mculover666   */  struct Timer* target = head_handle;  if(head_handle == NULL)  {    /* 鏈表為空 */    head_handle = handle;    handle->next = NULL;  }  else  {    /* 鏈表中存在節點，遍歷找最后一個節點 */    while(target->next != NULL)    {      if(target == handle)        return -1;      target = target->next;    }    target->next = handle;    handle->next = NULL;  }
  return 0;}

這種算法理解簡單，實現簡單，但是算法時間復雜度秒變為O(n)，當n很大時，插入一個節點的時間就會非常久。

再來看看在鏈表頭部插入一個新節點的情況：

(我會動哦)

int timer_start(struct Timer* handle){  /**    * 算法2 —— 向單鏈表頭部添加節點   * 時間復雜度O(n)，如果去掉判斷重復，則時間復雜度O(1)   * 0x1abin   */   struct Timer *target = head_handle;
   //判斷是否有重復的定時器   while(target)   {    if(target == handle)    {      return -1;    }    target = target->next;   }   handle->next = head_handle;   head_handle = handle;   return 0;}

這里第二種頭部插入節點的算法時間復雜度依然是O(n)，emmm?

其實，這里因為單鏈表節點是定時器，在插入的時候需要對整個鏈表進行判斷，避免重復添加同樣的定時器節點，所以無論任何一種算法，都需要對單鏈表進行遍歷。

如果在不需要判斷重復的情況下，尾部插入算法仍然需要遍歷，但是頭部插入算法只需要插入就可以，時間復雜度為O(1)，算法更優。

④ 單鏈表刪除其中一個節點

刪除單鏈表的節點時，因為節點自身只保存有下一個節點的指針，并沒有指向上一個節點的指針，所以不能直接入手刪除節點，那么如何刪除單鏈表的節點呢？

方法是：設置二級指針（指向Timer類型指針的指針），通過遍歷鏈表的方式來尋找節點中next指針指向刪除節點的那個節點，代碼如下。

void timer_stop(struct Timer* handle){  struct Timer** curr;  for(curr = &head_handle; *curr; ) {    struct Timer* entry = *curr;    if (entry == handle) {      *curr = entry->next;//      free(entry);    } else      curr = &entry->next;  }}