嵌入式计数器(timer/ticks)溢出(Overflow)处理，嵌入式计数器运算带溢出保护

2024-02-22 20:36
文章标签 处理 运算 嵌入式 保护 溢出 overflow 计数器 timer ticks

本文主要是介绍嵌入式计数器(timer/ticks)溢出(Overflow)处理，嵌入式计数器运算带溢出保护，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

简介

在嵌入式开发中，经常有计时以及时间比较的需要，如时间是否到达或者时间间隔等，本项目主要解决各种场景下的时间计算。

本项目地址：bobwenstudy/easy_timer (github.com)

嵌入式环境的时间是回环的，也就是说以32bit为单位，计时器单位为1us的话，就是每经过0x100000000(us)=4,294,967.296(ms)=4,294.967296(s)≈1.193(h)，时间就会回环一次，如下图所示。

image-20240222114308729

这样就会有个问题，在边界场景进行时间运算时，会有可能出现计算异常。

在对timer进行计算时，通常需要用到如下几个操作函数past，sub和add函数，一般的实现如下所示。

/*** @brief  Check two absolute times past: time1<time2.* @param[in]  time1: Absolute time expressed in internal time units.* @param[in]  time2: Absolute time expressed in internal time units.* @return resulting 1 means past(time1<time2).*/
int timer_past(uint32_t time1, uint32_t time2)
{return time1 < time2;
}
/*** @brief  Returns the difference between two absolute times: time1-time2.* @param[in]  time1: Absolute time expressed in internal time units.* @param[in]  time2: Absolute time expressed in internal time units.* @return resulting signed relative time expressed in internal time units.*/
int32_t timer_sub(uint32_t time1, uint32_t time2)
{return time1 - time2;
}/*** @brief This function returns the sum of an absolute time and a signed relative time.* @param[in]  time1: Absolute time expressed in internal time units.* @param[in]  ticks: Signed relative time expressed in internal time units.* @return 32bit resulting absolute time expressed in internal time units.*/
uint32_t timer_add(uint32_t time1, int32_t ticks)
{return time1 + ticks;
}

下面分别以如下2种场景进行分析。

0xFFFFFFFF的时间回环问题

如下图所示，有A(0xFFFFFFF0)，B(0x10)，C(0x20)三个时间点，从图片上，可以直观的知道（假定时间点间隔不超过总时间一半），时间先后关系是，A最早，B次之，C最晚。

C和B的时间差是0x10，B和A的时间差是0x20。

image-20240222114610498

带入上面的函数计算，会发现涉及到A的计算，timer_past结果都是错的。不过timer_add和timer_sub的计算是对的，这是因为最大值是0xFFFFFFFF，溢出的部分，自动做了处理。

void test_work(void)
{SUITE_START("test_work");uint32_t A = 0xFFFFFFF0;uint32_t B = 0x10;uint32_t C = 0x20;int res;int32_t diff;uint32_t tmp;// timer past testres = timer_past(A, B); // ERROR, Get res=0, Expect res=1;ASSERT(res == 1);res = timer_past(B, C); // SUCCESS, Get res=1, Expect res=1;ASSERT(res == 1);// timer add testtmp = timer_add(A, 0x20); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);tmp = timer_add(B, 0x10); // SUCCESS, Get tmp=0x20, Expect tmp=0x20;ASSERT(tmp == 0x20);tmp = timer_add(C, -0x10); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);// timer sub testdiff = timer_sub(B, A); // SUCCESS, Get diff=0x20, Expect res=0x20;ASSERT(diff == 0x20);diff = timer_sub(C, B); // SUCCESS, Get diff=0x10, Expect res=0x10;ASSERT(diff == 0x10);SUITE_END();
}

非0xFFFFFFFF的时间回环问题

在某些场景，计数值并不能以0xFFFFFFFF为最大值（如蓝牙时钟以28bit为周期等），这时候时间计算问题会更复杂。

依然是上面的例子，最大值为0x00FFFFFF。如下图所示，有A(0x00FFFFF0)，B(0x10)，C(0x20)三个时间点，从图片上，可以直观的知道（假定时间点间隔不超过总时间一半），时间先后关系是，A最早，B次之，C最晚。

C和B的时间差是0x10，B和A的时间差是0x20。

image-20240222143537713

带入上面的函数计算，会发现涉及到A的计算，timer_past、timer_add和timer_sub的计算都是错的，这是因为没人帮忙做溢出处理了。

void test_work_insuff(void)
{SUITE_START("test_work_insuff");uint32_t A = 0x00FFFFF0;uint32_t B = 0x10;uint32_t C = 0x20;int res;int32_t diff;uint32_t tmp;// timer past testres = timer_past(A, B); // ERROR, Get res=0, Expect res=1;ASSERT(res == 1);res = timer_past(B, C); // SUCCESS, Get res=1, Expect res=1;ASSERT(res == 1);// timer add testtmp = timer_add(A, 0x20); // ERROR, Get tmp=0x01000010, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);tmp = timer_add(B, 0x10); // SUCCESS, Get tmp=0x20, Expect tmp=0x20;ASSERT(tmp == 0x20);tmp = timer_add(C, -0x10); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);// timer sub testdiff = timer_sub(B, A); // ERROR, Get diff=0xFF000020, Expect res=0x20;ASSERT(diff == 0x20);diff = timer_sub(C, B); // SUCCESS, Get diff=0x10, Expect res=0x10;ASSERT(diff == 0x10);SUITE_END();
}

总结

综上，可以看出，涉及时间回环，不能单靠CPU自身处理，还是需要根据具体情况进行不同的处理。

代码结构

代码结构如下所示：

  • etimer.h：EasyTimer管理API，都是inline实现，可以根据需要转成c实现。
  • etimer16.h：EasyTimer管理16bit处理API，都是inline实现，可以根据需要转成c实现。
  • main.c：测试例程。
  • build.mk和Makefile：Makefile编译环境。
  • README.md：说明文档
easy_timer├── etimer.h├── etimer16.h├── build.mk├── main.c├── Makefile└── README.md

使用说明

具体如何使用直接看例程就行，非常简单，看函数名和变量名即可。

0xFFFFFFFF的时间回环问题处理

使用提供etimer接口操作即可。

void test_work_etimer(void)
{SUITE_START("test_work_etimer");uint32_t A = 0xFFFFFFF0;uint32_t B = 0x10;uint32_t C = 0x20;int res;int32_t diff;uint32_t tmp;// timer past testres = etimer_past(A, B); // SUCCESS, Get res=1, Expect res=1;ASSERT(res == 1);res = etimer_past(B, C); // SUCCESS, Get res=1, Expect res=1;ASSERT(res == 1);// timer add testtmp = etimer_add(A, 0x20); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);tmp = etimer_add(B, 0x10); // SUCCESS, Get tmp=0x20, Expect tmp=0x20;ASSERT(tmp == 0x20);tmp = etimer_add(C, -0x10); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);// timer sub testdiff = etimer_sub(B, A); // SUCCESS, Get diff=0x20, Expect res=0x20;ASSERT(diff == 0x20);diff = etimer_sub(C, B); // SUCCESS, Get diff=0x10, Expect res=0x10;ASSERT(diff == 0x10);SUITE_END();
}

非0xFFFFFFFF的时间回环问题处理

使用提供etimer的raw接口，并配置好max_value和overflow值即可。

注意，overflow值一般取max_value的一半。

void test_work_etimer_insuff(void)
{SUITE_START("test_work_etimer_insuff");uint32_t A = 0x00FFFFF0;uint32_t B = 0x10;uint32_t C = 0x20;uint32_t max_value = 0x00FFFFFF;uint32_t overflow = max_value / 2;int res;int32_t diff;uint32_t tmp;// timer past testres = etimer_past_raw(A, B, overflow); // SUCCESS, Get res=1, Expect res=1;ASSERT(res == 1);res = etimer_past_raw(B, C, overflow); // SUCCESS, Get res=1, Expect res=1;ASSERT(res == 1);// timer add testtmp = etimer_add_raw(A, 0x20, max_value); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);tmp = etimer_add_raw(B, 0x10, max_value); // SUCCESS, Get tmp=0x20, Expect tmp=0x20;ASSERT(tmp == 0x20);tmp = etimer_add_raw(C, -0x10, max_value); // SUCCESS, Get tmp=0x10, Expect tmp=0x10;ASSERT(tmp == 0x10);// timer sub testdiff = etimer_sub_raw(B, A, overflow, max_value); // SUCCESS, Get diff=0x20, Expect res=0x20;ASSERT(diff == 0x20);diff = etimer_sub_raw(C, B, overflow, max_value); // SUCCESS, Get diff=0x10, Expect res=0x10;ASSERT(diff == 0x10);SUITE_END();
}

API说明

主要有以下API。可以看到每个api都提供了一个带_raw的接口，用于处理非0xFFFFFFFF的场景。

static inline int etimer_past_raw(uint32_t time1, uint32_t time2, uint32_t overflow);
static inline int etimer_past(uint32_t time1, uint32_t time2);
static inline uint32_t etimer_add_raw(uint32_t time1, int32_t ticks, uint32_t max_value);
static inline uint32_t etimer_add(uint32_t time1, int32_t ticks);
static inline int32_t etimer_sub_raw(uint32_t time1, uint32_t time2, uint32_t overflow,uint32_t max_value);
static inline int32_t etimer_sub(uint32_t time1, uint32_t time2);

API说明16bit

部分场景下，嵌入式只需要16bit的计数器，这时用raw来运算有点浪费性能，所以提供了16bit的操作API，详见etimer16.h。

带_raw的接口，用于处理非0xFFFF的场景。

static inline int etimer16_past_raw(uint16_t time1, uint16_t time2, uint16_t overflow);
static inline int etimer16_past(uint16_t time1, uint16_t time2);
static inline uint16_t etimer16_add_raw(uint16_t time1, int16_t ticks, uint16_t max_value);
static inline uint16_t etimer16_add(uint16_t time1, int16_t ticks);
static inline int16_t etimer16_sub_raw(uint16_t time1, uint16_t time2, uint16_t overflow,uint16_t max_value);
static inline int16_t etimer16_sub(uint16_t time1, uint16_t time2);

测试说明

环境搭建

目前测试暂时只支持Windows编译，最终生成exe，可以直接在PC上跑。

目前需要安装如下环境：

  • GCC环境，笔者用的msys64+mingw，用于编译生成exe，参考这个文章安装即可。Win7下msys64安装mingw工具链 - Milton - 博客园 (cnblogs.com)。

编译说明

本项目都是由makefile组织编译的，编译整个项目只需要执行make all即可。

也就是可以通过如下指令来编译工程：

make all

而后运行执行make run即可运行例程，例程中实现了上述文档说明的问题和API的基本测试。

PS D:\workspace\github\easy_timer> make run
Building   : "output/main.exe"
Start Build Image.
objcopy -v -O binary output/main.exe output/main.bin
copy from `output/main.exe' [pei-i386] to `output/main.bin' [binary]
objdump --source --all-headers --demangle --line-numbers --wide output/main.exe > output/main.lst
Print Sizetext    data     bss     dec     hex filename57888    2888    2644   63420    f7bc output/main.exe
./output/main.exe
failed assert [main.c:810] res == 1
Testing test_work .......................................................... fail
failed assert [main.c:845] res == 1
failed assert [main.c:851] tmp == 0x10
failed assert [main.c:859] diff == 0x20
Testing test_work_insuff ................................................... fail
Testing test_work_etimer ................................................... pass
Testing test_work_etimer_insuff ............................................ pass
Testing test_etimer_past ................................................... pass
Testing test_etimer_sub .................................................... pass
Testing test_etimer_add .................................................... pass
Testing test_etimer_raw_past ............................................... pass
Testing test_etimer_raw_sub ................................................ pass
Testing test_etimer_raw_add ................................................ pass
Testing test_etimer16_past ................................................. pass
Testing test_etimer16_sub .................................................. pass
Testing test_etimer16_add .................................................. pass
Testing test_etimer16_raw_past ............................................. pass
Testing test_etimer16_raw_sub .............................................. pass
Testing test_etimer16_raw_add .............................................. pass
Executing 'run: all' complete!

可以看到，所有涉及到etimer的测试都通过。

这篇关于嵌入式计数器(timer/ticks)溢出(Overflow)处理，嵌入式计数器运算带溢出保护的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/736425。

相关文章

电脑提示xlstat4.dll丢失怎么修复? xlstat4.dll文件丢失处理办法

电脑提示xlstat4.dll丢失怎么修复? xlstat4.dll文件丢失处理办法

《电脑提示xlstat4.dll丢失怎么修复?xlstat4.dll文件丢失处理办法》长时间使用电脑，大家多少都会遇到类似dll文件丢失的情况，不过，解决这一问题其实并不复杂，下面我们就来看看xls... 在Windows操作系统中，xlstat4.dll是一个重要的动态链接库文件，通常用于支持各种应用程序
阅读更多...
SQL Server数据库死锁处理超详细攻略

SQL Server数据库死锁处理超详细攻略

《SQLServer数据库死锁处理超详细攻略》SQLServer作为主流数据库管理系统,在高并发场景下可能面临死锁问题,影响系统性能和稳定性,这篇文章主要给大家介绍了关于SQLServer数据库死... 目录一、引言二、查询 Sqlserver 中造成死锁的 SPID三、用内置函数查询执行信息1. sp_w
阅读更多...
Java对异常的认识与异常的处理小结

Java对异常的认识与异常的处理小结

《Java对异常的认识与异常的处理小结》Java程序在运行时可能出现的错误或非正常情况称为异常,下面给大家介绍Java对异常的认识与异常的处理,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参... 目录一、认识异常与异常类型。二、异常的处理三、总结 一、认识异常与异常类型。（1）简单定义-什么是
阅读更多...
Golang 日志处理和正则处理的操作方法

Golang 日志处理和正则处理的操作方法

《Golang日志处理和正则处理的操作方法》：本文主要介绍Golang日志处理和正则处理的操作方法,本文通过实例代码给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友参考... 目录1、logx日志处理1.1、logx简介1.2、日志初始化与配置1.3、常用方法1.4、配合defer
阅读更多...
springboot加载不到nacos配置中心的配置问题处理

springboot加载不到nacos配置中心的配置问题处理

《springboot加载不到nacos配置中心的配置问题处理》：本文主要介绍springboot加载不到nacos配置中心的配置问题处理,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑... 目录springboot加载不到nacos配置中心的配置两种可能Spring Boot 版本Nacos
阅读更多...
C/C++中OpenCV 矩阵运算的实现

C/C++中OpenCV 矩阵运算的实现

《C/C++中OpenCV矩阵运算的实现》本文主要介绍了C/C++中OpenCV矩阵运算的实现,包括基本算术运算（标量与矩阵）、矩阵乘法、转置、逆矩阵、行列式、迹、范数等操作,感兴趣的可以了解一下... 目录矩阵的创建与初始化创建矩阵访问矩阵元素基本的算术运算 ➕➖✖️➗矩阵与标量运算矩阵与矩阵运算 (逐元
阅读更多...
python web 开发之Flask中间件与请求处理钩子的最佳实践

python web 开发之Flask中间件与请求处理钩子的最佳实践

《pythonweb开发之Flask中间件与请求处理钩子的最佳实践》Flask作为轻量级Web框架,提供了灵活的请求处理机制,中间件和请求钩子允许开发者在请求处理的不同阶段插入自定义逻辑,实现诸如... 目录Flask中间件与请求处理钩子完全指南1. 引言2. 请求处理生命周期概述3. 请求钩子详解3.1
阅读更多...
Python处理大量Excel文件的十个技巧分享

Python处理大量Excel文件的十个技巧分享

《Python处理大量Excel文件的十个技巧分享》每天被大量Excel文件折磨的你看过来！这是一份Python程序员整理的实用技巧,不说废话,直接上干货,文章通过代码示例讲解的非常详细,需要的朋友可... 目录一、批量读取多个Excel文件二、选择性读取工作表和列三、自动调整格式和样式四、智能数据清洗五、
阅读更多...
SpringBoot如何对密码等敏感信息进行脱敏处理

SpringBoot如何对密码等敏感信息进行脱敏处理

《SpringBoot如何对密码等敏感信息进行脱敏处理》这篇文章主要为大家详细介绍了SpringBoot对密码等敏感信息进行脱敏处理的几个常用方法,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以了解下... 目录​1. 配置文件敏感信息脱敏​​2. 日志脱敏​​3. API响应脱敏​​4. 其他注意事项​​总结
阅读更多...
Python使用python-docx实现自动化处理Word文档

Python使用python-docx实现自动化处理Word文档

《Python使用python-docx实现自动化处理Word文档》这篇文章主要为大家展示了Python如何通过代码实现段落样式复制,HTML表格转Word表格以及动态生成可定制化模板的功能,感兴趣的... 目录一、引言二、核心功能模块解析1. 段落样式与图片复制2. html表格转Word表格3. 模板生
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2