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发信人: lofe (〖感激生活Θ路无边〗), 信区: Programming
标  题: 基于Windows的精确定时技术
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年03月07日12:23:42 星期四), 站内信件

基于Windows的精确定时技术
sailor  (发表时间:2001-12-30 11:39:27  点击次数:82)
长沙交通学院计算机工程系李湘江

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在工业生产控制系统中，有许多需要定时完成的操作，如：定时显示当前时间，定
时刷新屏幕上的进度条，上位机定时向下位机发送命令和传送数据等。特别是在对
控制性能要求较高的控制系统和数据采集系统中，就更需要精确定时操作。

　　众所周知，Windows是基于消息机制的系统，任何事件的执行都是通过发送和
接收消息来完成的。这样就带来了一些问题，如一旦计算机的CPU被某个进程占用
，或系统资源紧张时，发送到消息队列中的消息就暂时被挂起，得不到实时处理。
因此，不能简单地通过Windows消息引发一个对定时要求严格的事件。另外，由于
在Windows中已经封装了计算机底层硬件的访问，所以，要想通过直接利用访问硬
件来完成精确定时，也比较困难。所以在实际应用时，应针对具体定时精度的要求
，采取相适应的定时方法。

VC＋＋的时间操作函数

　　VC＋＋中提供了很多关于时间操作的函数，利用它们控制程序能够精确地完
成定时和计时操作。VC＋＋中的WM_TIMER消息映射能进行简单的时间控制。首先调
用函数SetTimer()设置定时间隔，如SetTimer(0,200,NULL)即为设置200ms的时间
间隔。然后在应用程序中增加定时响应函数OnTimer()，并在该函数中添加响应的
处理语句，用来完成到达定时时间的操作。这种定时方法非常简单，但其定时功能
如同Sleep()函数的延时功能一样，精度非常低，只可以用来实现诸如位图的动态
显示等对定时精度要求不高的情况。

　　在精度要求较高的情况下，如要求误差不大于1ms时，可以利用
GetTickCount()函数。该函数的返回值是DWORD型，表示以ms为单位的计算机启动
后经历的时间间隔。下列的代码可以实现50ms的精确定时，其误差小于1ms。

// 起始值和中止值

　　DWORD dwStart, dwStop ;

dwStop = GetTickCount();

while(TRUE)

{

// 上一次的中止值变成新的起始值

dwStart = dwStop ;

　　 // 此处添加相应控制语句

　　　do

　　　{

dwStop = GetTickCount() ;

　　　 }while(dwStop － 50 < dwStart) ;

}

　　对于精确度要求更高的定时操作，则应该使用QueryPerformanceFrequency()
和QueryPerformanceCount

er()函数。这两个函数是VC＋＋提供的仅供Windows 95及其后续版本使用的精确时
间函数，并要求计算机从硬件上支持精确定时器。QueryPerformanceFrequency()
函数和QueryPerformanceCounter()函数的原型如下：

　　BOOL QueryPerformanceFrequency

(LARGE_INTEGER ＊lpFrequency);

　　BOOL QueryPerformanceCounter

(LARGE_INTEGER ＊lpCount);

数据类型LARGE_INTEGER既可以是一个8字节长的整型数，也可以是两个4字节长的
整型数的联合结构，其具体用法根据编译器是否支持64位而定。该类型的定义如下
：

　　typedef union _LARGE_INTEGER

{

　　　struct

　　　{

// 4字节整型数

DWORD LowPart ;

// 4字节整型数

LONG　HighPart ;

　　 };

// 8字节整型数

　　 LONGLONG QuadPart ;

} LARGE_INTEGER ;

　　在进行定时之前，先调用QueryPerformanceFrequency()函数获得机器内部定
时器的时钟频率，然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用
QueryPerformanceCounter()函数，利用两次获得的计数之差及时钟频率，计算出
事件经历的精确时间。下面的程序用来测试函数Sleep(100)的精确持续时间：

　　LARGE_INTEGER litmp;

　　LONGLONG QPart1,QPart2;

　　double dfMinus, dfFreq, dfTim;

　　QueryPerformanceFrequency(＆litmp);

　　// 获得计数器的时钟频率

　　dfFreq = (double)litmp.QuadPart;

　　QueryPerformanceCounter(＆litmp);

　　// 获得初始值

　　QPart1 = litmp.QuadPart;

　　Sleep(100);

　　QueryPerformanceCounter(＆litmp);

　　// 获得中止值

　　QPart2 = litmp.QuadPart;

　　dfMinus = (double)(QPart2 － QPart1);

　　// 获得对应的时间值

　　dfTim = dfMinus / dfFreq;

　　由于Sleep()函数自身的误差，上述程序每次执行的结果都会有微小误差。

使用多媒体定时器

　　微软公司在其多媒体Windows中提供了精确定时器的底层API支持。利用多媒体
定时器可以很精确地读出系统的当前时间，并且能在非常精确的时间间隔内完成一
个事件、函数或过程的调用。利用多媒体定时器的基本功能，可以通过两种方法实
现精确定时。

　　1.使用timeGetTime()函数

　　该函数定时精度为ms级，返回从Windows启动开始所经过的时间。由于使用该
函数是通过查询的方式进行定时控制的，所以，应该建立定时循环来进行定时事件
的控制。

　　2. 使用timeSetEvent()函数

　　利用该函数可以实现周期性的函数调用。函数的参数说明如下：

　uDelay：延迟时间；

　　uResolution：时间精度，在Windows中缺省值为1ms；

　　lpFunction：回调函数，为用户自定义函数，定时调用；

　dwUser：用户参数；

　uFlags：标志参数；

　　TIME_ONESHOT：执行一次；

　　TIME_PERIODIC：周期性执行。

　　具体应用时，可以通过调用timeSetEvent()函数，将需要周期性执行的任务定
义在lpFunction回调函数中(如：定时采样、控制等)，从而完成所需处理的事件。
需要注意的是：任务处理的时间不能大于周期间隔时间。另外，在定时器使用完毕
后，应及时调用timeKillEvent()将之释放。

　　下面这段代码的主要功能是设置两个时钟定时器，一个间隔是1ms，一个间隔
是2s。每执行一次，把当前系统时钟值输入文件“cure.out”中，以比较该定时器
的精确度。

//定义1ms和2s时钟间隔，以ms为单位

＃ define ONE_MILLI_SECOND 1

＃ define TWO_SECOND 2000

//定义时钟分辨率，以ms为单位

＃ define TIMER_ACCURACY 1

//定义时间间隔

UINT wTimerRes_1ms,wTimerRes_2s；

//定义分辨率

UINT wAccuracy;

//定义定时器句柄

UINT TimerID_1ms,TimerID_2s;

//打开输出文件“cure.out”

CCureApp::CCureApp():fout(“cure.out”, ios::out)

{

　// 给时间间隔变量赋值

　wTimerRes_1ms = ONE_MILLI_SECOND;

　wTimerRes_2s = TWO_SECOND;

　TIMECAPS tc;

　//利用函数timeGetDevCaps取出系统分辨率的取值范围，如果无错则继续

　if(timeGetDevCaps(＆tc,sizeof(TIMECAPS))==TIMERR_NOERROR)

{

　　//分辨率的值不能超出系统的取值范围

　wAccuracy=min(max(tc.wPeriodMin,

TIMER_ACCURACY),tc.wPeriodMax);

//调用timeBeginPeriod函数设置定时器的分辨率

timeBeginPeriod(wAccuracy);

//设置定时器

InitializeTimer();

　}

}

CCureApp:: ～CCureApp()

{

//结束时钟

fout <<“结束时钟”<< endl;

// 删除两个定时器

timeKillEvent(TimerID_1ms);

timeKillEvent(TimerID_2s);

// 删除设置的分辨率

timeEndPeriod(wAccuracy);

}

void CCureApp::InitializeTimer()

{

StartOneMilliSecondTimer();

StartTwoSecondTimer();

}

// 1ms定时器的回调函数，类似于中断处理程序，一定要声明为全局PASCAL函数，
否则编译会有问题

void PASCAL OneMilliSecondProc(UINT wTimerID, UINT msg,DWORD dwUser,
DWORD dwl,DWORD dw2)

{

　// 定义计数器

static int ms = 0;

CCureApp ＊app = (CCureApp ＊)dwUser;

// 取得系统时间,以ms为单位

DWORD osBinaryTime = GetTickCount();

//输出计数器值和当前系统时间

app－>fout<<＋＋ms<<“:1ms:”

<
}

// 加装1ms定时器

void CCureApp::StartOneMilliSecondTimer()

{

if((TimerID_1ms = timeSetEvent(wTimerRes_1ms,

wAccuracy，

// 回调函数

(LPTIMECALBACK) OneMil liSecondProc,

// 用户传送到回调函数的数据

(DWORD)this，

/ ＊周期调用，只使用一次，用TIME_ONESHOT＊/

　TIME_PERIODIC)) == 0)

{

AfxMessageBox(“不能进行定时！”, MB_OK | MB_ICONASTERISK);

}

else //不等于0表明加装成功，返回此定时器的句柄

fout << “16ms 计时:” << endl;

}

利用系统定时中断

　　在PC机中采用了可编程定时/计数芯片8253，计数器0工作在方式3，用OUT0产
生时钟信号。OUT0作为中断请求信号接可编程中断控制器8259A的IR0（系统中
IRQ0）。由于fCLK≈1.19MHz,TCLK≈840ns,因此8253初值为65536时，大约每
840ns×65536≈55ms中断一次。可以读取计数器的当前计数值，计数器值每减一，
代表时间840ns,另加上计数器是否计满的判断，则可计算出时间的精确值。

　　8253的6种工作方式的设置是在初始化时用输出指令写控制字来实现的，其中
，方式0为在结束计数时中断。

　　调用VC＋＋运行库函数clock(),可以获得本次程序运行由处理器用去的ms时间
，由此可判断出计数器是否计满。具体程序代码如下：

// 延时函数

void Ddelay(unsigned long n)

{

unsigned long Told;

unsigned long nn,old_Clock, new_Clock, low, high, v_8253;

unsigned long old_8253, new_8253, int_Time;

// nn单位: 840ns

nn =(unsigned long)((float)n＊1000/840);

// 锁定8253计数值

_outp(0x43,0x00);

// 读取8253计数值

low = _inp(0x40);

high = _inp(0x40);

v_8253 = low ＋ 256 ＊ high;

old_8253 = v_8253;

old_Clock=clock();

Told=old_Clock;

int_Time=0;

while(int_Time < nn)

{

_outp(0x43,0x00);

low = _inp(0x40);

high = _inp(0x40);

v_8253 = low ＋ 256 ＊ high;

new_8253 = v_8253;

new_Clock=clock();

if(old_8253< new_8253 ＆＆ new_Clock－Told< 55) int_Time=(old_8253－
new_8253)＋

((new_Clock－old_Clock)/55＋1)＊65536lu;

else

int_Time=(old_8253－new_8253)＋

((new_Clock－old_Clock)/55) ＊ 65536lu;

Told=new_Clock;

}

}

（计算机世界报第28期 C15、C16）

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直到有一天，
你看淡了一切，
觉得这些是人生来来往往中的一部分，
都是美丽的，
你就悟了。

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 天外飞仙]

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