在嵌入式实时系统开发中，定时器是不可或缺的工具。软件定时器（Software Timer） 提供了一种无需创建独立任务、便可在特定延时后执行回调函数的机制。它适用于那些不要求高精度、但需要周期性或一次性延时执行操作的场景。

一、什么是软件定时器？

        软件定时器是在 RTOS 内核中由专门的“定时器服务任务”统一管理的一类定时机制。不同于硬件定时器依赖 MCU 的定时器外设，软件定时器完全由软件实现，基于 RTOS 的节拍时钟（tick）驱动。

本质上：软件定时器就是一个在若干 tick 后触发的回调函数。

二、软件定时器的典型用途

应用场景	示例
周期性任务	LED 闪烁、数据上传
延时执行操作	延迟关闭设备
替代硬件定时器节省资源	GPIO 超时检测
防抖处理、状态切换延迟等	按键防抖、状态复位

优势：

• 不占用额外任务资源

• 系统统一调度，调试方便

• 可动态创建、删除、启动、停止

• 支持周期性和一次性定时

三、FreeRTOS 中软件定时器核心结构与源码解读

        FreeRTOS 软件定时器的核心结构体是 Timer_t，但对用户公开的类型为 TimerHandle_t。管理定时器的关键组件包括：

1. 创建定时器：xTimerCreate

TimerHandle_t xTimerCreate(const char * const pcTimerName,const TickType_t xTimerPeriodInTicks,const UBaseType_t uxAutoReload,void * const pvTimerID,TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction );

参数说明：

• pcTimerName：定时器名称（可调试用）

• xTimerPeriodInTicks：周期时间（tick）

• uxAutoReload：是否自动重装（周期性）

• pvTimerID：用户定义的数据指针

• pxCallbackFunction：定时器超时时调用的回调函数

TimerHandle_t myTimer = xTimerCreate("LEDTimer", pdMS_TO_TICKS(1000), pdTRUE, NULL, vLEDCallback);

2. 启动定时器：xTimerStart

xTimerStart(myTimer, 0);

将定时器放入活动链表，等待 Tick 累加触发。

3. 停止定时器：xTimerStop

xTimerStop(myTimer, 0);

可用于手动取消定时操作。

4. 回调函数定义

void vLEDCallback(TimerHandle_t xTimer) {// 执行定时任务，比如切换 LED 状态
}

注意：回调函数中不能调用阻塞操作（如 vTaskDelay），应尽可能快速完成逻辑。

5. 定时器服务任务机制

FreeRTOS 中有一个专门的任务叫做 定时器服务任务（Timer Service Task），用于处理所有软件定时器的事件。其本质是一个优先级较高、等待定时器消息队列的任务。

源码入口在 timers.c 中的 prvTimerTask：

static void prvTimerTask( void *pvParameters )
{for( ;; ){// 等待来自定时器命令队列的消息（如启动/停止）xQueueReceive(xTimerQueue, &xMessage, portMAX_DELAY);switch(xMessage.xMessageID) {case tmrCOMMAND_START:// 添加定时器到活动链表break;case tmrCOMMAND_EXECUTE_CALLBACK:// 执行用户回调函数pxTimer->pxCallbackFunction((TimerHandle_t) pxTimer);break;// ...其他命令处理}}
}

其调度机制由 tick 中断驱动，在 xTaskIncrementTick() 中判断是否触发回调。

四、完整使用示例：LED 闪烁控制

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "timers.h"#define LED_PIN 13TimerHandle_t ledTimer;void vLEDCallback(TimerHandle_t xTimer) {static int led_state = 0;led_state = !led_state;gpio_set_level(LED_PIN, led_state);
}void app_main() {gpio_set_direction(LED_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT);ledTimer = xTimerCreate("LEDTimer", pdMS_TO_TICKS(500), pdTRUE, NULL, vLEDCallback);xTimerStart(ledTimer, 0);
}

五、常见问题与注意事项

1. 为什么不在任务中直接用 vTaskDelay？
   因为软件定时器可以统一调度，不占用额外任务资源，更适合事件驱动模型。

2. 能不能在中断中操作软件定时器？
   是的，FreeRTOS 提供 ISR 安全版本，如 xTimerStartFromISR。

3. 软件定时器精度如何？
   精度取决于系统 tick 周期，一般不适合要求微秒级精度的应用。

4. 最大支持多少个定时器？
   由系统内存和队列大小决定，可配置，但通常可支持上百个。

六、小结

特性	软件定时器
精度	Tick 周期决定
触发方式	回调函数
ISR 安全性	提供 FromISR 版本支持
占用资源	少，无需额外任务
适用场景	周期任务、延时处理、状态切换