FreeRTOS 定時器精度研究

小融一號

背景介紹                       

FreeRTOS 以其移植方便，高度可定制，footprint 小，使其在嵌入式操作系統中的份額不容小覷！ 尤以免費 license，頗受開發者青睞。

問題描述

客戶在基于cortex-m3的平臺上使用FreeRTOS系統提供的定時器功能時，意外發現定時器的精確度不夠高。譬如，設置1秒鐘的定時器，理論上1秒超時，并且執行相應的回調函數。但是調試卻發現，有時回調函數是在1.4秒后被執行！這對于精度要求較高的實時系統，是不能接受的！

問題復現與分析

首先在stm32f407-discovery平臺移植FreeRTOS，并創建一個定時器，在其回調函數里toggle led燈，并測量被執行的時間。鑒于FreeRTOS是一個多任務可搶占式系統，這個問題需要在多種情況下分析。

Case 1 :

單任務，即系統里僅有timertask和idle task。整個系統最高優先級為4，Timer task的優先級為默認優先級2。

在這種環境下，回調函數能精確的以1秒的時長超時執行回調函數。雖然此刻精度能滿足要求，但是實際的系統一般會包含多個task。

以下為測試的日志，顯而易見，該定時器嚴格1秒鐘超時。

expired 1000

expired 2000

expired 3000

expired 4000

expired 5000

expired 6000

…

Case 2 :

多任務，即系統里不僅有timertask和idle task，還有用戶創建的task。整個系統最高優先級為4，Timer task的優先級為默認優先級2。

以下為測試的日志。

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

expired 1000

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

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

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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

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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

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此時定時器回調函數有時能準確地被調度執行，有時則偏差較大，與期望值整整延遲了1秒鐘。

Case 3 :

多任務，即系統里不僅有timer task和idle task，還有用戶創建的task。整個系統最高優先級為4，Timertask的優先級為默認優先級4。這樣設置優先級，是希望能通過將timer task設置為最高優先級，以期望調度器能優先調度執行timer task。

以下為實測的日志。

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

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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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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

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雖然調整了timertask的優先級至最高，但是依然會出現嚴重的偏差。

解決方案   

考慮到FreeRTOS定時器的精準性不高，建議客戶使用SysTick或者MCU的外設硬件定時器。

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文章來源：微信公眾號  融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺）