如何在Zephyr RTOS中实现延时和计时函数

在实时操作系统（RTOS）中，时间管理是核心功能之一。无论是任务调度、超时控制，还是周期性事件，延时和计时机制都扮演着至关重要的角色。Zephyr RTOS作为一个轻量级、模块化的开源系统，提供了多种延时与计时实现方案，满足不同应用场景的需求。那么，大家平时都是怎么在MCU程序中实现计时函数、实现延时的呢？

小编先来说说自己的做法，一般在裸机开发中，小编会利用systick中断实现一个ms级中断服务，然后利用这个函数做一些计时相关实现。那么，如果是RTOS的应用场景，那就开心许多了，我们可以直接利用RTOS自带的一些时间函数来实现功能。

刚好小编最近正在做一个关于Zephyr的小项目，那么本期就给大家分享下如何在Zephyr实现相关操作。

方法一：使用内核NPI

 

#include 
#include 


void delay_and_print(void) 
{
    // 获取当前系统tick（64位精度）
    int64_t start_ticks = k_uptime_ticks();
    printk("Start ticks: %lld
", start_ticks);


    // 延时500ms（线程安全，会触发调度）
    k_msleep(500);


    // 获取延时后的tick
    int64_t end_ticks = k_uptime_ticks();
    printk("End ticks: %lld (Elapsed: %lld)
", 
           end_ticks, end_ticks - start_ticks);
}

 

方法二：忙等待

 

#include 
#include 


void busy_delay_print(void)
{
    uint32_t start = k_cycle_get_32();
    printk("Start cycles: %u
", start);


    // 忙等待10ms（精确但占用CPU）
    k_busy_wait(10 * 1000); // 参数为微秒


    uint32_t end = k_cycle_get_32();
    printk("End cycles: %u (Delta: %u)
", 
           end, end - start);
}

 

API说明：

接下来是时间单位转换，有时候我们并不想直接用ticks来表示时间，我们还是想要用时间单位来表示，例如ms，那我们来看看怎么进行tick to ms的转换：

 

// Tick转毫秒
uint64_t ticks_to_ms(uint64_t ticks) {
    return (ticks * 1000) / sys_clock_hw_cycles_per_sec();
}

 

下面是一个实际应用示例：

 

void periodic_task(void) 
{
    while(1) {
        int64_t tick = k_uptime_ticks();
        printk("[%lld] Sensor sampling...
", tick);
        // 固定频率执行（不受任务执行时间影响）
        k_msleep(100 - (k_uptime_ticks() - tick));
    }
}
K_THREAD_DEFINE(sensor_thread, 512, periodic_task, NULL, NULL, NULL, 7, 0, 0);

 

这样一来我们实现了定时函数，可以根据具体需求选择合适的方案，对于大多数应用场景，`k_msleep()` + `k_uptime_ticks()`的组合就能够满足我们的需求了，推荐大家多多使用。

延时与计时不仅仅是“等待”，它是实时系统稳定运行的基石。Zephyr RTOS通过内核tick、定时器API以及高精度时钟机制，为开发者提供了灵活且高效的时间管理方案。理解这些实现原理，不仅能帮助我们编写更可靠的代码，还能在资源受限的嵌入式环境中实现最佳性能。

未来，随着更多应用对低功耗和高精度的要求，Zephyr的时间管理机制将继续演进，成为嵌入式开发的重要工具。