面向AWorks框架时间管理程序设计

实际应用中，时间管理往往是必不可少的。例如：定时完成某件事情、周期性地触发某一动作、测量评估程序运行时间等。AWorks提供了一系列时间相关的服务，包括标准时间和定时器等，用户可以据此实现灵活的时间相关应用。

本文为《面向AWorks框架和接口的编程（上）》第三部分软件篇——第8章时间管理——第1~5小节：时间的表示形式、RTC通用接口、系统时间、系统节拍和软件定时器。

8.1 时间的表示形式

在AWorks中，时间有3种表示形式：细分时间、日历时间和精确日历时间。

8.1.1 细分时间

细分时间包含年、月、日、时、分、秒等信息。在AWorks中，细分时间使用aw_tm_t类型表示，该类型的具体定义详见程序清单8.1。

程序清单8.1 细分时间类型定义（aw_time.h）

其中，tm_sec表示秒，有效值为 0 ~ 59；tm_min表示分，有效值为0 ~ 59；tm_hour表示小时，有效值为 0 ~ 23；tm_mday表示日期，有效值为1 ~ 31；tm_mon表示月份，有效值为0 ~ 11，分别对应1 ~ 12月，即实际月份为该值加上1；tm_year表示1900年至今的年数，实际年为该值加上1900； tm_wday表示星期，0 ~ 6分别对应星期日 ~ 星期六；tm_yday表示该年1月1日至今的天数（0 ~ 365），0对应1月1日；tm_isdst表示是否使用夏令时，若tm_isdst为正，则夏令时有效，系统会在夏季将时间调快一小时，若tm_isdst为0或负数，表示不使用夏令时。现在一般不使用夏令时，tm_isdst设置为-1即可。

夏令时（Daylight Saving Time：DST）是一种为节约能源而人为规定地方时间的制度，在这一制度实行期间所采用的统一时间称为“夏令时间”。一般在天亮早的夏季人为将时间提前一小时，可以使人早起早睡，从而节约照明用电。各个采纳夏时制的国家具体规定不同。目前全世界有近110个国家每年要实行夏令时。我国在1986年至1991年实行了六年的夏令时，每年从4月中旬的第一个星期日2时整（北京时间）到9月中旬第一个星期日的凌晨2时整（北京夏令时）。在夏令时实施期间将时间调快一小时。1992年4月5日后不再实行。

例如，当前时间是2016年8月26日09:32:30，则可以定义如下细分时间：

一般地，星期（tm_wday）和一年中的天数（tm_yday）两个成员的值无需用户手动设置，这些值是在获取细分时间时，反馈给用户的信息。

8.1.2 日历时间

日历时间表示从1970年1月1日00:00:00开始至当前时刻经历的秒数。在AWorks中，日历时间使用aw_time_t类型表示，该类型定义如下（aw_time.h）：

例如，当前时间是2016年8月26日09:32:30，至1970年1月1日00:00:00以来的秒数为1472203950。则可以定义如下日历时间：

实际中，用户往往并不需要直接计算秒数，而是通过AWorks提供的相关接口，将细分时间转换为日历时间，以得到某一细分时间对应的日历时间。

8.1.3 精确日历时间

日历时间精度为秒，精确日历时间的精度可以达到纳秒，精确日历时间在日历时间的基础上，增加了一个纳秒计数器。在AWorks中，精确日历时间使用aw_timespec_t类型表示，该类型定义如下（aw_time.h）：

其中，tv_sec是秒值；tv_nsec是纳秒计数值。纳秒计数值从0开始计数，当纳秒计数值达到1000000000时，秒值加1，同时，纳秒计数值复位为0，重新开始计数。

8.1.4 细分时间与日历时间的相互转换

为了便于用户使用，AWorks提供了两个接口函数，用于细分时间和日历时间的相互转换。相关函数的原型详见表8.1。

表8.1 时间转换接口函数（aw_time.h）

1. 细分时间转换为日历时间

该函数用于将细分时间转换为日历时间，其函数原型为：

其中，p_tm作为输入参数，指向待转换的细分时间；p_time为输出参数，用以输出转换的结果（日历时间）。函数返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示转换成功，其它值表示转换失败。

例如，需要获取2016年8月26日09:32:30对应的日历时间，则范例程序详见程序清单8.2。

程序清单8.2 细分时间转换为日历时间范例程序

运行程序，可以得到转换的结果为：1472203950。

2. 日历时间转换为细分时间

该函数用于将日历时间转换为细分时间，其函数原型为：

其中，p_time作为输入参数，指向待转换的日历时间；p_tm为输出参数，用以输出转换的结果（细分时间）。函数返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示转换成功，其它值表示转换失败。

例如，需要将日历时间1472203950转换为细分时间，则范例程序详见程序清单8.3。

程序清单8.3 日历时间转换为细分时间范例程序

运行程序，可以得到转换的结果为：2016-08-26 09:32:30。

8.2 RTC通用接口

RTC（Real-Time Clock）设备是能够提供基本时钟服务的设备。一个系统中若存在RTC设备，则可以使用RTC通用接口从RTC设备中获取到年、月、日、时、分、秒等基本的时间信息，一般地，为了修正时间值，往往还可以设置RTC设备当前的时间值。

通常情况下，在硬件设计上，都会为RTC设备分配一个独立的后备电源（如电池），当系统主电源掉电后，RTC设备仍然能够继续正确运行，使得时间信息一直保持有效。

RTC通用接口包含获取时间和设置时间的接口，其函数原型详见表8.2。

表8.2 RTC通用接口函数（aw_rtc.h）

1. 获取时间

该函数用于获取RTC器件当前的时间值，其函数原型为：

其中，rtc_id表示RTC设备的编号，系统为每个RTC设备都分配了一个唯一ID，通常都是从0开始顺序为各个RTC设备编号。例如，i.MX28x片内具有RTC外设，其可以作为一个RTC设备使用，若还使用I²C总线外接了PCF85063器件，则系统中将新增一个RTC设备，此时，系统中共计将有2个RTC设备，它们的编号分别为0、1。p_tm为指向细分时间的指针，其为输出参数，用以返回获取到的时间值，返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示获取成功，否则表示获取失败，失败的原因可能是该rtc_id对应的设备不存在。

例如，获取ID为0的RTC设备时间，其范例程序详见程序清单8.4。

程序清单8.4 获取RTC设备时间的范例程序

2. 设置时间

该函数用于设置RTC器件当前的时间值，其函数原型为：

其中，rtc_id表示RTC设备的编号，p_tm为指向细分时间的指针，返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示设置成功，否则表示设置失败。

例如，修改ID为0的RTC设备时间，设置其时间为2016-08-26 09:32:30的范例程序详见程序清单8.5。

程序清单8.5 设置RTC设备时间的范例程序

8.3系统时间

在使用RTC通用接口获取或设置时间时，必须通过rtc_id指定一个RTC器件，略显繁琐，并且在绝大多数应用中，在获取时间值时，可能并不关心时间是从哪个RTC设备中获取到的。为了使应用程序在使用时间服务时更加便捷，AWorks提供了一个统一的系统时间，用户可以实时获取系统时间，必要时，也可以修改系统时间。

8.3.1 获取系统时间

根据系统时间表示形式的不同，可以有3种获取系统时间的方式：细分时间、日历时间和精确日历时间。相关函数的原型详见表8.3。

表8.3 获取系统时间接口函数（aw_time.h）

1.获取细分时间

该函数以细分时间的形式获取当前的系统时间，其函数原型为：

其中，p_tv为指向细分时间的指针，用于获取细分时间。函数返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示获取成功，其它值表示获取失败。范例程序详见程序清单8.6。

程序清单8.6 获取细分时间范例程序

程序中，每隔1s打印一次当前的时间值。初始时，若未对时间作任何设置，则系统时间默认为：1970-01-01 00:00:00。

2. 获取日历时间

该函数以日历时间的形式获取当前的系统时间，其函数原型为：

其中，p_time为指向日历时间的指针，用于获取日历时间，不需要通过参数获取日历时间时，该值可以为NULL。返回值同样为日历时间，特别地，若返回值为-1，表明获取失败。由此可见，既可以通过参数获得日历时间，也可以通过返回值获得日历时间。

通过参数获得日历时间的范例程序详见程序清单8.7。

程序清单8.7 通过参数获得日历时间范例程序

程序中，每隔1s打印一次当前的日历时间值。初始时，若未对时间作任何设置，则系统的日历时间默认为0（即起始时间为：1970-01-01 00:00:00）。

也可以直接通过返回值获取日历时间，范例程序详见程序清单8.8。

程序清单8.8 通过返回值获取日历时间范例程序

3. 获取精确日历时间

该函数以精确日历时间的形式获取当前的系统时间，其函数原型为：

其中，p_tv为指向精确日历时间的指针，用于获取精确日历时间。函数返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示获取成功，其它值表示获取失败。范例程序详见程序清单8.9。

程序清单8.9 获取精确日历时间范例程序

实际中，由于硬件性能的限制，往往并不能每纳秒更新一次纳秒计数值。不同平台实际纳秒计数值更新的快慢是不同的。例如，可能每隔2ms才更新一次纳秒计数值，使纳秒计数值每次增加2000000。

基于精确日历时间，可以完成一些需要精度高于秒的应用，例如，在用于运动员计时的秒表中，精度往往需要达到0.1 ~ 0.01秒。

8.3.2 设置系统时间

系统时间不准确时，或需要对系统时间进行初始设置时，可以通过接口函数重新设置系统时间的值，以便系统时间准确运行。根据不同的时间表示形式，有2种设置系统时间方式：使用细分时间，使用精确日历时间。相关函数的原型详见表8.4。

表8.4 设置系统时间接口函数（aw_time.h）

1. 使用细分时间设置系统时间

该函数用于使用细分时间的形式设置系统时间，其函数原型为：

其中，p_tm为指向细分时间（待设置的时间值）的指针。函数返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示设置成功，其它值表示设置失败。

当使用细分时间设置时间值时，细分时间的成员tm_wday, tm_yday无需用户设置，将在调用设置函数后自动更新。设置当前时间为2016-08-26 09:32:30的范例程序详见程序清单8.10。

程序清单8.10 使用细分时间设置系统时间范例程序

程序中，将时间设置为2016年8月26日09:32:30。并在while(1)主循环中，每隔1s打印一次当前的系统时间。

2. 使用精确日历时间设置系统时间

该函数用于使用精确日历时间的形式设置系统时间，其函数原型为：

其中，p_tv为指向精确日历时间（待设置的时间值）的指针。函数返回值为标准的错误号，返回AW_OK时表示设置成功，其它值表示设置失败。范例程序详见程序清单8.11。

程序清单8.11 使用精确日历时间设置系统时间范例程序

程序中，将精确日历时间的秒值设置为了1472203950，该值是从1970年1月1日0时0分0秒至2016年8月26日09时32分30秒的秒数。即将时间设置为2016年8月26日09时32分30秒。在while(1)主循环中，每隔1s按照细分时间的格式打印一次当前的系统时间，用以验证设置的结果。

通常情况下，不会这样设置时间值，均是采用细分时间的方式设置时间值，因为细分时间更加容易阅读和理解。但是，在一些应用场合，使用日历时间将是一种更优的选择，例如，需要通过远程传输时间值来更新本地的时间值，显然，日历时间的长度要远远小于细分时间的长度，这种情况下，通信过程中，传输日历时间比传输细分时间更节省通信数据量，可以节省一定的带宽。

8.4 系统节拍

系统节拍相当于系统的“心脏”，系统节拍的频率即为“心脏”跳动的频率，每次“跳动”，系统节拍计数器加1，并处理系统相关的事务。例如，在系统中，可以存在多个软件定时器（下节将详细介绍），则在每个系统节拍产生时，系统将自动检查所有的软件定时器，将它们的定时节拍数减1，当减至0时，表明定时器的定时时间到。在AWorks中，很多事物的处理都是基于系统节拍的，因而往往将系统节拍看作系统的“心脏”。

系统节拍相关的函数原型详见表8.5

表8.5 系统节拍接口（aw_system.h）

1. 获取系统节拍频率

一个系统节拍对应的实际时间与系统节拍的频率相关。系统节拍频率越高，系统相关的事务处理越频繁，实时性越好，但单位时间内，系统本身占用CPU的时间越长，对应的，用户能够使用CPU的时间也就越短。反之，系统节拍频率越低，系统相关的事物处理越缓慢，实时性越差，但单位时间内，系统本身占用CPU的时间越短，对应的，用户能够使用CPU的时间也就越长。因此，系统节拍的频率不能太高，也不能太低，需要设置为一个合理的值，通常在几Hz到几KHz 之间。

系统实际使用的节拍频率可以通过该函数获得，其函数原型为：

函数返回值即为系统节拍频率，例如，返回值为1000，表示节拍频率为1KHz，则每个节拍对应的时间为1ms。获取并打印当前系统节拍频率的范例程序详见程序清单8.12。

程序清单8.12 获取系统节拍频率的范例程序

2. 获取系统当前的节拍计数值

系统中存在一个系统节拍计数器，初始值为0，系统启动后，其值会在每个系统节拍加1。可以通过该函数在任意时刻获取当前系统节拍的计数值，其函数原型为：

函数返回值即为当前系统节拍计数器的值。aw_tick_t为一个无符号整数类型。其位数与具体平台相关，在32位系统中，其往往定义为32位。

系统节拍计数值往往可以用来计算一段程序运行的时间，如在程序运行前，使用该函数获取一个系统节拍计数值，在程序运行结束后，再使用该函数获取一个系统节拍计数值。它们的差值即为程序运行所消耗的系统节拍个数，再由系统节拍频率可以知道每个节拍对应的时间，从而得到程序运行所耗费的时间。范例程序详见程序清单8.13。

程序清单8.13 获取系统节拍计数值的范例程序

程序中，作为演示，测量的是一个执行1000000次空语句的for循环程序段的时间。t1与t0的差值即为for循环程序段耗费的系统节拍数，同时，系统节拍频率的倒数为每个节拍对应的时间（秒），程序中，将时间值扩大了1000倍，即将时间值的单位转换为了毫秒。

程序中，节拍差值和对应的时间都通过手动计算，实际中，为了方便用户使用，AWorks提供了相关操作对应的接口函数。

3. 计算两个时刻的节拍计数值的差值

该函数用于计算两个时刻的节拍计数值的差值，以计算某一程序段所耗费的时间节拍数，其函数原型为：

t0为某一程序段开始时刻的系统节拍计数值，t1为对应程序段结束时的系统节拍计数值。如优化程序清单8.13中计算节拍差值的语句，改由通过接口实现，范例程序详见程序清单8.14。

程序清单8.14 计算节拍差值的范例程序

4. 系统节拍个数转换为时间

在上面的例子中，将系统节拍个数转换为时间较为繁琐，需要获取系统节拍的频率，然后经过相关的换算。为了便于用户使用，提供了直接将系统节拍值转换为时间（单位：毫秒）的接口，其函数原型为：

其中，ticks为系统节拍个数，返回值为转换的时间结果（单位：毫秒）。如优化程序清单8.14中计算时间的语句，改由通过接口实现，范例程序详见程序清单8.15。

程序清单8.15 计算节拍值对应时间的范例程序

5. 时间转换为系统节拍个数

与将系统节拍个数转换为时间对应，AWorks提供了用于将时间（单位：毫秒）转换为系统节拍个数的接口，其函数原型为：

其中，ms是待转换的时间（单位：毫秒），返回值为转换的结果（系统节拍个数），即ms参数指定时间所对应的节拍数。例如，要获取500ms时间对应的节拍个数，范例程序详见程序清单8.16。

程序清单8.16 计算时间对应节拍个数的范例程序

8.5 软件定时器

当需要定时完成某件事情时，可以使用软件定时器，其可以提供毫秒级别的定时。当定时时间到时，自动通知用户，以便用户处理相关的事务。软件定时器相关的接口函数原型详见表8.6。

表8.6 软件定时器相关接口（aw_timer.h）

1. 定义软件定时器实例

每个软件定时器对应了一个事务处理，当定时时间到时，需要通知用户，在AWorks中，“通知”是通过回调机制实现的。即初始时，用户将一个函数与定时器绑定，后续当该定时器定时时间到时，将自动回调用户绑定的函数，即可达到将“定时时间到”的这一事件通知到用户。

在使用软件定时器前，必须定义一个软件定时器实例，软件定时器的类型为aw_timer_t，其在aw_timer.h文件中定义，具体类型的定义用户无需关心，仅需使用该类型定义软件定时器实例即可，即：

其地址即可作为软件定时器相关接口中p_timer参数的实参传递。

此外，系统中可以有多个软件定时器，每个定时器可以有不同的定时时间，对应不同的事务处理，例如：

2. 初始化软件定时器

该函数用于将指定的函数与软件定时器绑定（注册），保存在定时器实例中，当定时时间到，则通过函数指针p_func调用指定的函数，即注册回调函数机制。初始化函数的原型为：

其中，p_timer为指向使用aw_timer_t类型定义的软件定时器实例的指针，p_func指向本次注册的回调函数，当定时时间到时，系统将自动调用p_func指向的函数（注册回调函数），回调函数的类型为aw_pfuncvoid_t，该类型是AWorks中定义的函数指针类型，其具体定义（aw_types.h）如下：

由此可见，p_func指向的函数类型是无返回值，具有一个void*型参数的函数。

初始化函数的p_arg形参即为用户自定义的参数，在定时时间到调用回调函数时，会将此处设置的p_arg作为参数传递给回调函数，如果不使用此参数，则设置为NULL。

初始化函数的使用范例详见程序清单8.17。

程序清单8.17 初始化软件定时器范例程序

3. 启动软件定时器

完成定时器的初始化后，即可设置定时时间（单位：ms）并启动定时器，定时器开始工作，定时器定时的单位为系统节拍，启动定时器后，在每个系统节拍将软件定时器的节拍值减1，当减到0时，表明定时时间到，则自动调用初始化时注册的回调函数。启动软件定时器的函数原型为：

其中，p_timer指向软件定时器实例，ticks为定时的节拍数。如启动定时器，并定时500ms，则范例程序详见程序清单8.18

程序清单8.18 启动软件定时器范例程序

注意，默认情况下，启动软件定时器后，仅定时一次，即定时时间到后，调用用户注册的回调函数，整个定时过程结束。因此，上述程序仅能观察到500ms后LED点亮，后续不会再有其它任何现象。

如需再次定时，则必须再次启动软件定时器。特别地，若需要周期性的定时，则可以在回调函数执行结束时，再次启动软件定时器。例如，需要每隔500ms翻转一次LED，实现LED闪烁，则范例程序详见程序清单8.19。

程序清单8.19 软件定时器周期性定时范例程序

4. 关闭软件定时器

当不再需要定时服务时，可以关闭软件定时器，其函数原型为：

其中，p_timer指向软件定时器实例，用于指定需要关闭的软件定时器。例如，在程序清单8.19的基础上，若需要LED闪烁10s后自动停止闪烁，则可以在启动软件定时器10s后关闭软件定时器，范例程序详见程序清单8.20。

程序清单8.20 关闭软件定时器范例程序