【经验分享】FreeRTOS 定时器精度研究

STMCU小助手 · 2022-02-25T11:31:31+00:00

背景介绍 ' J2 R/ L1 ~9 z6 bFreeRTOS 以其移植方便，高度可定制，footprint 小，使其在嵌入式操作系统中的份额不容小觑！尤以免费 license，颇受开发者青睐。 6 {: c1 e3 _& t6 R. V2 c {3 Q5 q/ a2 t- r3 A0 Q% k* W8 `: V) z 问题描述2 Y' \. }: J' K" ]4 `1 K 客户在基于 cortex-m3 的平台上使用 FreeRTOS 系统提供的定时器功能时，意外发现定时器的精确度不够高。譬如，设置 1 秒钟的定时器，理论上 1 秒超时，并且执行相应的回调函数。但是调试却发现，有时回调函数是在 1.4 秒后被执行！这对于精度要求较高的实时系统，是不能接受的！, F. R6 t9 D6 H& g: j& C/ L& E& x $ E$ k- `1 G- w# T8 W7 o: M 问题复现与分析! \* X: G3 M2 ~6 a5 p/ N 首先在 stm32f407-discovery 平台移植 FreeRTOS，并创建一个定时器，在其回调函数里 toggleled 灯，并测量被执行的时间。鉴于 FreeRTOS 是一个多任务可抢占式系统，这个问题需要在多种情况下分析。! n2 E1 v, ~2 H9 m# [! 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STMCU小助手发布时间：2022-2-25 19:31

技术帖
文章封面:
文章简介:	FreeRTOS 定时器精度研究

背景介绍
FreeRTOS 以其移植方便，高度可定制，footprint 小，使其在嵌入式操作系统中的份额不容小觑！尤以免费 license，颇受开发者青睐。

问题描述
客户在基于 cortex-m3 的平台上使用 FreeRTOS 系统提供的定时器功能时，意外发现定时器的精确度不够高。譬如，设置 1 秒钟的定时器，理论上 1 秒超时，并且执行相应的回调函数。但是调试却发现，有时回调函数是在 1.4 秒后被执行！这对于精度要求较高的实时系统，是不能接受的！

问题复现与分析
首先在 stm32f407-discovery 平台移植 FreeRTOS，并创建一个定时器，在其回调函数里 toggleled 灯，并测量被执行的时间。鉴于 FreeRTOS 是一个多任务可抢占式系统，这个问题需要在多种情况下分析。

Case 1 :
单任务，即系统里仅有 timer task 和 idle task。整个系统最高优先级为 4，Timer task 的优先级为默认优先级 2。
在这种环境下，回调函数能精确的以 1 秒的时长超时执行回调函数。虽然此刻精度能满足要求，但是实际的系统一般会包含多个 task。
以下为测试的日志，显而易见，该定时器严格 1 秒钟超时。
expired 1000
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Case 2 :
多任务，即系统里不仅有 timer task 和 idle task，还有用户创建的 task。整个系统最高优先级为 4，Timer task 的优先级为默认优先级 2。
以下为测试的日志。
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UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
expired 1000
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UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
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UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
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此时定时器回调函数有时能准确地被调度执行，有时则偏差较大，与期望值整整延迟了 1 秒钟。

Case 3 :
多任务，即系统里不仅有 timer task 和 idle task，还有用户创建的 task。整个系统最高优先级为 4，Timer task 的优先级为默认优先级 4。这样设置优先级，是希望能通过将 timer task 设置为最高优先级，以期望调度器能优先调度执行 timer task。
以下为实测的日志。
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
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UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
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UART Printf Example: retarget the C library printf function to the UART
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虽然调整了 timer task 的优先级至最高，但是依然会出现严重的偏差。
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解决方案
考虑到 FreeRTOS 定时器的精准性不高，建议客户使用 SysTick 或者 MCU 的外设硬件定时器。