Visual+C++實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)精度定時(shí)器

1、VisualC+實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)精度定時(shí)器I 如國 i 在工產(chǎn)控制系統(tǒng)中，有許多需要定時(shí)完成的操作，如：定時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間，定時(shí)刷新屏幕上的進(jìn)度條，上位機(jī)定時(shí)向下位機(jī)發(fā)送命令和傳送數(shù)據(jù)等。特別是在對(duì)控制性能要求較高的控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，就更需要精確定時(shí)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(gè)進(jìn)程占用，或系統(tǒng)資源緊張時(shí)，發(fā)送到消息隊(duì)列中的消息就暫時(shí)被掛起，得不到實(shí)時(shí)處理。因此，不能簡單地通過 Windows 消息引發(fā)一個(gè)對(duì)定時(shí)要求嚴(yán)格的事件。另外，由于在 Windows 中已經(jīng)封裝了計(jì)算

2、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(shí)，也比較困難。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)針對(duì)具體定時(shí)精度的要求，采取與之相適應(yīng)的定時(shí)方法。本實(shí)例實(shí)現(xiàn)了一中微秒級(jí)的精確定時(shí)，程序的界面提供了兩個(gè)Edit編輯框，其中一個(gè)編輯框輸入用戶理想的定時(shí)長度，另外一個(gè)編輯框返回實(shí)際的時(shí)間長度，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)測試，一般情況下誤差不超過5 個(gè)微秒。程序的運(yùn)行界面如圖一所示：圖一、實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的精確定時(shí)器一、實(shí)現(xiàn)方法VisualC+中提供了很多關(guān)于時(shí)間操作的函數(shù)，利用它們控制程序能夠精確地完成定時(shí)和計(jì)時(shí)操作。VisaulC+中的 WM_TIME 輔息映射能進(jìn)行簡單的時(shí)間控制。首先調(diào)用函數(shù) SetTimer()設(shè)置

3、定時(shí)間隔(退出程序時(shí)別忘了調(diào)用和 SetTimer()配對(duì)使用的 KillTimer()函數(shù))，如 SetTimer(0,200,NULL)即為設(shè)置 200ms 的時(shí)間間隔。然后在應(yīng)用程序中增加定時(shí)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(shí)時(shí)間的操作。這種定時(shí)方法非常簡單，但其定時(shí)功能如同 Sleep()函數(shù)的延時(shí)功能一樣，精度非常低，只可以用來實(shí)現(xiàn)諸如位圖的動(dòng)態(tài)顯示等對(duì)定時(shí)精度要求不高的情況。微軟公司在其多媒體 Windows 中提供了精確定時(shí)器的底層 API 支持。利用多媒體定時(shí)器可以很精確地讀出系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)間，并且能在非常精確的時(shí)間間隔內(nèi)完成一個(gè)事件、函

4、數(shù)或過程的調(diào)用。利用多媒體定時(shí)器的基本功能，可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)。1)使用 timeGetTime()函數(shù)，該函數(shù)定時(shí)精度為 ms 級(jí)，返回從 Windows 啟動(dòng)開始所經(jīng)過的時(shí)間。由于使用該函數(shù)是通過查詢的方式進(jìn)行定時(shí)控制的，所以，應(yīng)該建立定時(shí)循環(huán)來進(jìn)行定時(shí)事件的控制。2)使用 timeSetEvent()函數(shù)，該函數(shù)原型如下:MMRESULTtimeSetEvent(UINTuDelay,UINTuResolution,LPTIMECALLBACKIpTimeProjDWORDdwUserUINTfuEvent);該函數(shù)的參數(shù)說明如下：參數(shù) uDelay 表示延遲時(shí)間；參數(shù) uRe

5、solution 表示時(shí)間精度，在 Windows 中缺省值為 1ms;lpTimeProc 表示回調(diào)函數(shù)，為用戶自定義函數(shù)，定時(shí)調(diào)用；參數(shù) dwUser 表示用戶提供的回調(diào)數(shù)據(jù)；參數(shù) fuEvent 為定時(shí)器的事件類型，TIME_ONESHOT表示執(zhí)行一次；TIME_PERIODIC 周期性執(zhí)行。具體應(yīng)用時(shí)，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(shí)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(shí)間不能大于周期間隔時(shí)間。另外，在定時(shí)器使用完畢后，應(yīng)及時(shí)調(diào)用 timeKillEvent()將之釋放。

6、下面這段代碼的主要功能是設(shè)置兩個(gè)時(shí)鐘定時(shí)器，一個(gè)間隔是 1ms,一個(gè)間隔是 2s。每執(zhí)行一次，把當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)鐘值輸入文件cure.out中，以比較該定時(shí)器的精確度。# defineONE_MILLI_SECOND1/定義 1ms 和 2s 時(shí)鐘間隔，以 ms 為單位；# defineTWO_SECOND2000#defineTIMER_ACCURACY1/定義時(shí)鐘分辨率,以 ms 為單位UINTwTimerRes_1ms,wTimerRes_2s;/定義時(shí)間間隔UINTwAccuracy;/定義分辨率UINTTimerID_1ms,TimerID_2s;/定義定時(shí)器句柄/CCureApp:CCu

7、reApp():fout(cure.out,ios:out)打開輸出文件cure.out/給時(shí)間間隔變量賦值wTimerRes_1ms=ONE_MILLI_SECOND;wTimerRes_2s=TWO_SECOND;TIMECAPStc;/ 利 用 函 數(shù)timeGetDevCaps取 出 系 統(tǒng) 分 辨 率 的 取 值 范 圍 ， 如 果 無 錯(cuò) 則 繼 續(xù) ；if(timeGetDevCaps(&tc,sizeof(TIMECAPS)=TIMERR_NOERROR)wAccuracy=min(max(tc.wPeriodMin,/分辨率的值不能超出系統(tǒng)的取值范圍TIMER_ACC

8、URACY),tc.wPeriodMax);/調(diào)用 timeBeginPeriod 函數(shù)設(shè)置定時(shí)器的分辨率timeBeginPeriod(wAccuracy);/設(shè)置定時(shí)器InitializeTimer();CCureApp:CCureApp()fout結(jié)束時(shí)鐘fout+ms:1ms:)/加裝 1ms 定時(shí)器voidCCureApp:StartOneMilliSecondTimer()(if(TimerID_1ms=timeSetEvent(wTimerRes_1ms,wAccuracy,(LPTIMECALBACK)OneMilliSecondProc,/回調(diào)函數(shù)；(DWORD)this,/

9、用戶傳送到回調(diào)函數(shù)的數(shù)據(jù)；TIME_PERIODIC)=0)/周期調(diào)用定時(shí)處理函數(shù)；(AfxMessageBox(不能進(jìn)行定時(shí)！,MB_OK|MB_ICONASTERISK);)elsefout16ms 計(jì)時(shí):endl;/不等于 0 表明加裝成功，返回此定時(shí)器的句柄;)在精度要求較高的情況下，如要求定時(shí)誤差不大于 1ms 時(shí)，還可以利用 GetTickCount()函數(shù)返回自計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后的時(shí)間，該函數(shù)的返回值是 DWORD1,表示以 ms 為單位的計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后經(jīng)歷的時(shí)間間隔。通過兩次調(diào)用 GetTickCount()函數(shù)，然后控制它們的差值來取得定時(shí)效果.下列的代碼可以實(shí)現(xiàn) 50ms 的精確定

10、時(shí)，其誤差是毫秒級(jí)的。/起始值和中止值DWORDdwStart,dwStop;dwStop=GetTickCount();while(TRUE)/上一次的中止值變成新的起始值dwStart=dwStop;/此處添加相應(yīng)控制語句dodwStop=GetTickCount();while(dwStop50dwStart);用上述兩種方式取得的定時(shí)效果雖然在許多場合已經(jīng)滿足實(shí)際的要求，但由于它們的精度只有毫秒級(jí)的，而且在要求定時(shí)時(shí)間間隔小時(shí)，實(shí)際定時(shí)誤差大。對(duì)于精確度要求更高的定時(shí)操作，則應(yīng)該使用QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter

11、()函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)是 VisualC+提供并且僅供 Windows95 及其后續(xù)版本使用，其精度與 CPU 的時(shí)鐘頻率有關(guān)，它們要求計(jì)算機(jī)從硬件上支持精確定時(shí)器。QueryPerformanceFrequency()函數(shù)和 QueryPerformanceCounter()函數(shù)的原型如下：BOOLQueryPerformanceFrequency(LARGE_INTEGER*lpFrequency);BOOLQueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER*lpCount);上述兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)的數(shù)據(jù)類型 LARGE_INTEGE 既可以是一個(gè) 8 字節(jié)長的整型數(shù)，

12、也可以是兩個(gè) 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：typedefunion_LARGE_INTEGERstructDWORDLowPart;/4 字節(jié)整型數(shù)LONGHighPart;/4 字節(jié)整型數(shù);LONGQuadPart;/8 字節(jié)整型數(shù)LARGE_INTEGER;使用 QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter()函數(shù)進(jìn)行精確定時(shí)的步驟如下：1、首先調(diào)用 QueryPerformanceFrequency()函數(shù)取得高精度運(yùn)行計(jì)數(shù)器的頻率 f,單位是每秒多少次(n/s),此

13、數(shù)一般很大；2、在需要定時(shí)的代碼的兩端分別調(diào)用 QueryPerformanceCounter()以取得高精度運(yùn)行計(jì)數(shù)器的數(shù)值 n1、n2,兩次數(shù)值的差值通過 f 換算成時(shí)間間隔，t=(n2-n1)/f，當(dāng) t 大于或等于定時(shí)時(shí)間長度時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器；二、編程步驟1、啟動(dòng) VisualC+6.0,生成一個(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序，將程序命名為HightTimer；2、在對(duì)話框面板中添加控件，布局如圖一所示，其中包含兩個(gè)靜態(tài)文本框，兩個(gè)編輯框和兩個(gè)按紐。上面和下面位置的編輯框的 ID 分別為 IDC_TESTSIDC_ACTUALEXIT按紐的 ID 為 IDOK,TEST按紐 ID 為 ID_TES

14、T;3、通過 ClassWizard 添加成員變量，兩個(gè)編輯框控件分別對(duì)應(yīng)為 DWORDm_dwTesUDWORDm_dwAct 另外添加TEST按紐的鼠標(biāo)單擊消息處理函數(shù)；4、添加代碼，編譯運(yùn)行程序。三、程序代碼/LARGE_INTEGERMySleep(LARGE_INTEGERInterval)/功能：執(zhí)行實(shí)際的延時(shí)功能，Interval 參數(shù)為需要執(zhí)行的延時(shí)與時(shí)間有關(guān)的數(shù)量，此函數(shù)返回執(zhí)行后實(shí)際所用的時(shí)間有關(guān)的數(shù)量；LARGE_INTEGERprivious,current,Elapse;QueryPerformanceCounter(&privious);current=pr

15、ivious;while(current.QuadPart-privious.QuadPartInterval.QuadPart)QueryPerformanceCounter(&current);Elapse.QuadPart=current.QuadPart-privious.QuadPart;returnElapse;voidCHightTimerDlg:OnTest()/TODO:AddyourcontrolnotificationhandlercodehereUpdateData(TRUE);/取輸入的測試時(shí)間值到與編輯框相關(guān)聯(lián)的成員變量 m_dwTest 中；LARGE_I

16、NTEGERfrequence;/取高精度運(yùn)行計(jì)數(shù)器的頻率，若硬件不支持則返回 FALSEif(!QueryPerformanceFrequency(&frequence)MessageBox(Yourcomputerhardwaredoesntsupportthehigh-resolutionperformancecounter,NotSupport,MB_ICONEXCLAMATION|MB_OK);LARGE_INTEGERtest,ret;/通過頻率換算微秒數(shù)到對(duì)應(yīng)的數(shù)量(與 CPU 寸鐘有關(guān))，1 秒=1000000 微秒；test.QuadPart=frequence.QuadPart*m_dwTest/1000000;ret=MySleep(test);/調(diào)用此函數(shù)開