用VC編寫基于Windows的精確定時程序

2010-08-28 10:45:15來源:西部e網(wǎng)作者:

    在工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中,有許多需要定時完成的操作,如定時顯示當(dāng)前時間,定時刷新屏幕上的進(jìn)度條,上位 機(jī)定時向下位機(jī)發(fā)送命令和傳送數(shù)據(jù)等。特別是在對控制性能要求較高的實(shí)時控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,就更需要精確定時操作。

  眾所周知,Windows 是基于消息機(jī)制的系統(tǒng),任何事件的執(zhí)行都是通過發(fā)送和接收消息來完成的。 這樣就帶來了一些問題,如一旦計(jì)算機(jī)的CPU被某個進(jìn)程占用,或系統(tǒng)資源緊張時,發(fā)送到消息隊(duì)列 中的消息就暫時被掛起,得不到實(shí)時處理。因此,不能簡單地通過Windows消息引發(fā)一個對定時要求 嚴(yán)格的事件。另外,由于在Windows中已經(jīng)封裝了計(jì)算機(jī)底層硬件的訪問,所以,要想通過直接利用 訪問硬件來完成精確定時,也比較困難。所以在實(shí)際應(yīng)用時,應(yīng)針對具體定時精度的要求,采取相適 應(yīng)的定時方法。

  VC中提供了很多關(guān)于時間操作的函數(shù),利用它們控制程序能夠精確地完成定時和計(jì)時操作。本文詳細(xì)介紹了 VC中基于Windows的精確定時的七種方式,如下圖所示:

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圖一 圖像描述

    方式一:VC中的WM_TIMER消息映射能進(jìn)行簡單的時間控制。首先調(diào)用函數(shù)SetTimer()設(shè)置定時 間隔,如SetTimer(0,200,NULL)即為設(shè)置200ms的時間間隔。然后在應(yīng)用程序中增加定時響應(yīng)函數(shù) OnTimer(),并在該函數(shù)中添加響應(yīng)的處理語句,用來完成到達(dá)定時時間的操作。這種定時方法非常 簡單,可以實(shí)現(xiàn)一定的定時功能,但其定時功能如同Sleep()函數(shù)的延時功能一樣,精度非常低,最小 計(jì)時精度僅為30ms,CPU占用低,且定時器消息在多任務(wù)操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級很低,不能得到及時響 應(yīng),往往不能滿足實(shí)時控制環(huán)境下的應(yīng)用。只可以用來實(shí)現(xiàn)諸如位圖的動態(tài)顯示等對定時精度要求不高的情況。如示例工程中的Timer1。

  方式二:VC中使用sleep()函數(shù)實(shí)現(xiàn)延時,它的單位是ms,如延時2秒,用sleep(2000)。精度非常 低,最小計(jì)時精度僅為30ms,用sleep函數(shù)的不利處在于延時期間不能處理其他的消息,如果時間太 長,就好象死機(jī)一樣,CPU占用率非常高,只能用于要求不高的延時程序中。如示例工程中的Timer2。

  方式三:利用COleDateTime類和COleDateTimeSpan類結(jié)合WINDOWS的消息處理過程來實(shí)現(xiàn)秒級延時。如示例工程中的Timer3和Timer3_1。以下是實(shí)現(xiàn)2秒的延時代碼:

COleDateTime start_time = COleDateTime::GetCurrentTime();
COleDateTimeSpan end_time= COleDateTime::GetCurrentTime()-start_time;
while(end_time.GetTotalSeconds()< 2) //實(shí)現(xiàn)延時2秒
{
MSG msg;
GetMessage(&msg,NULL,0,0);
TranslateMessage(&msg);
DispatchMessage(&msg);

//以上四行是實(shí)現(xiàn)在延時或定時期間能處理其他的消息,
       //雖然這樣可以降低CPU的占有率,
//但降低了延時或定時精度,實(shí)際應(yīng)用中可以去掉。
end_time = COleDateTime::GetCurrentTime()-start_time;
}//這樣在延時的時候我們也能夠處理其他的消息。


  方式四:在精度要求較高的情況下,VC中可以利用GetTickCount()函數(shù),該函數(shù)的返回值是 DWORD型,表示以ms為單位的計(jì)算機(jī)啟動后經(jīng)歷的時間間隔。精度比WM_TIMER消息映射高,在較 短的定時中其計(jì)時誤差為15ms,在較長的定時中其計(jì)時誤差較低,如果定時時間太長,就好象死機(jī)一樣,CPU占用率非常高,只能用于要求不高的延時程序中。如示例工程中的Timer4和Timer4_1。下列代碼可以實(shí)現(xiàn)50ms的精確定時:

DWORD dwStart = GetTickCount();
DWORD dwEnd = dwStart;
do
{
 dwEnd = GetTickCount()-dwStart;
}while(dwEnd <50);


  為使GetTickCount()函數(shù)在延時或定時期間能處理其他的消息,可以把代碼改為:

DWORD dwStart = GetTickCount();
DWORD dwEnd = dwStart;
do
{
 MSG msg;
 GetMessage(&msg,NULL,0,0);
 TranslateMessage(&msg);
 DispatchMessage(&msg);
 dwEnd = GetTickCount()-dwStart;
}while(dwEnd <50);


  雖然這樣可以降低CPU的占有率,并在延時或定時期間也能處理其他的消息,但降低了延時或定時精度。

  方式五:與GetTickCount()函數(shù)類似的多媒體定時器函數(shù)DWORD timeGetTime(void),該函數(shù)定時精 度為ms級,返回從Windows啟動開始經(jīng)過的毫秒數(shù)。微軟公司在其多媒體Windows中提供了精確定時器的底 層API持,利用多媒體定時器可以很精確地讀出系統(tǒng)的當(dāng)前時間,并且能在非常精確的時間間隔內(nèi)完成一 個事件、函數(shù)或過程的調(diào)用。不同之處在于調(diào)用DWORD timeGetTime(void) 函數(shù)之前必須將 Winmm.lib 和 Mmsystem.h 添加到工程中,否則在編譯時提示DWORD timeGetTime(void)函數(shù)未定義。由于使用該 函數(shù)是通過查詢的方式進(jìn)行定時控制的,所以,應(yīng)該建立定時循環(huán)來進(jìn)行定時事件的控制。如示例工程中的Timer5和Timer5_1。

    方式六:使用多媒體定時器timeSetEvent()函數(shù),該函數(shù)定時精度為ms級。利用該函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)周期性的函數(shù)調(diào)用。如示例工程中的Timer6和Timer6_1。函數(shù)的原型如下:

MMRESULT timeSetEvent( UINT uDelay,
UINT uResolution,
LPTIMECALLBACK lpTimeProc,
WORD dwUser,
UINT fuEvent )

  該函數(shù)設(shè)置一個定時回調(diào)事件,此事件可以是一個一次性事件或周期性事件。事件一旦被激活,便調(diào)用指定的回調(diào)函數(shù), 成功后返回事件的標(biāo)識符代碼,否則返回NULL。函數(shù)的參數(shù)說明如下:

  uDelay:以毫秒指定事件的周期。
  Uresolution:以毫秒指定延時的精度,數(shù)值越小定時器事件分辨率越高。缺省值為1ms。
  LpTimeProc:指向一個回調(diào)函數(shù)。
  DwUser:存放用戶提供的回調(diào)數(shù)據(jù)。
  FuEvent:指定定時器事件類型:
  TIME_ONESHOT:uDelay毫秒后只產(chǎn)生一次事件
  TIME_PERIODIC :每隔uDelay毫秒周期性地產(chǎn)生事件。

  具體應(yīng)用時,可以通過調(diào)用timeSetEvent()函數(shù),將需要周期性執(zhí)行的任務(wù)定義在LpTimeProc回調(diào)函數(shù) 中(如:定時采樣、控制等),從而完成所需處理的事件。需要注意的是,任務(wù)處理的時間不能大于周期間隔時間。另外,在定時器使用完畢后, 應(yīng)及時調(diào)用timeKillEvent()將之釋放。

  方式七:對于精確度要求更高的定時操作,則應(yīng)該使用QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter()函數(shù)。這兩個函數(shù)是VC提供的僅供Windows 95及其后續(xù)版本使用的精確時間函數(shù),并要求計(jì)算機(jī)從硬件上支持精確定時器。如示例工程中的Timer7、Timer7_1、Timer7_2、Timer7_3。

  QueryPerformanceFrequency()函數(shù)和QueryPerformanceCounter()函數(shù)的原型如下:

BOOL QueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER *lpFrequency);
BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER *lpCount);

  數(shù)據(jù)類型ARGE_INTEGER既可以是一個8字節(jié)長的整型數(shù),也可以是兩個4字節(jié)長的整型數(shù)的聯(lián)合結(jié)構(gòu), 其具體用法根據(jù)編譯器是否支持64位而定。該類型的定義如下:

typedef union _LARGE_INTEGER
{
 struct
 {
  DWORD LowPart ;// 4字節(jié)整型數(shù)
  LONG HighPart;// 4字節(jié)整型數(shù)
 };
 LONGLONG QuadPart ;// 8字節(jié)整型數(shù)

}LARGE_INTEGER ;

  在進(jìn)行定時之前,先調(diào)用QueryPerformanceFrequency()函數(shù)獲得機(jī)器內(nèi)部定時器的時鐘頻率, 然后在需要嚴(yán)格定時的事件發(fā)生之前和發(fā)生之后分別調(diào)用QueryPerformanceCounter()函數(shù),利用兩次獲得的計(jì)數(shù)之差及時鐘頻率,計(jì)算出事件經(jīng) 歷的精確時間。下列代碼實(shí)現(xiàn)1ms的精確定時:

LARGE_INTEGER litmp;
LONGLONG QPart1,QPart2;
double dfMinus, dfFreq, dfTim;
QueryPerformanceFrequency(&litmp);
dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 獲得計(jì)數(shù)器的時鐘頻率
QueryPerformanceCounter(&litmp);
QPart1 = litmp.QuadPart;// 獲得初始值
do
{
 QueryPerformanceCounter(&litmp);
 QPart2 = litmp.QuadPart;//獲得中止值
 dfMinus = (double)(QPart2-QPart1);
 dfTim = dfMinus / dfFreq;// 獲得對應(yīng)的時間值,單位為秒
}while(dfTim<0.001);

  其定時誤差不超過1微秒,精度與CPU等機(jī)器配置有關(guān)。 下面的程序用來測試函數(shù)Sleep(100)的精確持續(xù)時間:

LARGE_INTEGER litmp;
LONGLONG QPart1,QPart2;
double dfMinus, dfFreq, dfTim;
QueryPerformanceFrequency(&litmp);
dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 獲得計(jì)數(shù)器的時鐘頻率
QueryPerformanceCounter(&litmp);
QPart1 = litmp.QuadPart;// 獲得初始值
Sleep(100);
QueryPerformanceCounter(&litmp);
QPart2 = litmp.QuadPart;//獲得中止值
dfMinus = (double)(QPart2-QPart1);
dfTim = dfMinus / dfFreq;// 獲得對應(yīng)的時間值,單位為秒

  由于Sleep()函數(shù)自身的誤差,上述程序每次執(zhí)行的結(jié)果都會有微小誤差。下列代碼實(shí)現(xiàn)1微秒的精確定時:

LARGE_INTEGER litmp;
LONGLONG QPart1,QPart2;
double dfMinus, dfFreq, dfTim;
QueryPerformanceFrequency(&litmp);
dfFreq = (double)litmp.QuadPart;// 獲得計(jì)數(shù)器的時鐘頻率
QueryPerformanceCounter(&litmp);
QPart1 = litmp.QuadPart;// 獲得初始值
do
{
 QueryPerformanceCounter(&litmp);
 QPart2 = litmp.QuadPart;//獲得中止值
 dfMinus = (double)(QPart2-QPart1);
 dfTim = dfMinus / dfFreq;// 獲得對應(yīng)的時間值,單位為秒
}while(dfTim<0.000001);

  其定時誤差一般不超過0.5微秒,精度與CPU等機(jī)器配置有關(guān)。


關(guān)鍵詞:VC