运用Windows定时器队列实现高精度定时

更新时间：2019-10-03 来源：工程论文点击：

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　　0 引言

　　在软件开发过程中，定时器是一种常用的设计元素。Windows 平台上的定时器编程有多种实现方式，比较常用的有：SetTimer（）实现的定时器、timeSetEvent（）函数实现的多媒体定时器、可等待定时器（Waitable timer）、相关的Windows API函数结合循环采用轮询机制实现的定时功能，以及定时器队列定时器（Timer-queue timer）等。

　　SetTimer（）函数可以为 Windows 程序分配一个定时器，该定时器利用WM_TIMER消息映射来进行简单的时间控制，定时精度约为55ms.由于Windows系统采用多线程的抢占式多任务工作方式，而 WM_TIMER消息优先级较低，因此这种定时方法适用于对定时精度要求不高的情况。Delphi、VB等快速原型化开发工具中自带的定时器控件，基本上都是采用该方法实现的。除了定时精度低以外，VB的定时器控件有更大的缺陷，其定时间隔不能超过65535ms,更限制了这样的定时器控件的应用。

　　与SetTimer（）函数实现的定时器相比，timeSetEvent（）实现的多媒体定时器，可以实现多分辨率的定时，分辨率越高，定时精度越高，但系统所需的开销越重。该函数可以实现只进行一次性的定时事件出发，也可以进行常规的周期性定时，因此该方法的应用比较灵活，但出于种种原因，微软在MSDN中明确指出，该函数已被摒弃，在应用程序开发过程中不应再使用该方法进行定时。

　　Windows 中很多与时间相关的 API 函数可以与循环结合，采用轮询机制实现定时功能。典型的API函数有GetTickCount（）、 timeGetTime（）、 QueryPerformanceFrequency（）和 QueryPerformanceCounter（）。GetTickCount（）和 timeGetTime（）都是获取自系统启动以来流逝的秒数，结合循环，获取两次调用之间的差值即可实现定时。QueryPerformanceFrequency（）和QueryPerformanceCounter（）配合使用，QueryPerformanceFrequency（）函数获取机器内部定时器的时钟频率，在需要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，结合已获取的时钟频率，即可计算出两件事件之间经历的精确的时间长度，严格地来说，在Windows平台上，采用这两个函数实现的定时最为精确的，但由于需要结合循环进行轮询，因此在定时过程中需要不停地消耗CPU资源，是一种“忙等”机制。

　　可等待定时器是Windows中的一种内核对象，因此该定时器的使用模式与其它内核对象的使用方式基本是一致的。CreateWaitableTimer（）函数用于创建可等待定时器对象，SetWait ableTimer（）函数设置等待的时长，WaitForSingleObject（）函数等待该定时器对象有信号，如定时器对象有信号，则表明指定时长的时间已经流逝。作为一种内核对象，可等待定时器可以跨线程、进程使用，但在实际应用中，一般多用于线程同步或进程同步，而用于周期性定时的用法，并不多见。

　　定时器队列定时器是微软在Windows2000及后续的Windows 操作系统中推荐使用的定时器，它支持多种工作模式，创建定时器队列定时器时，需指定一个回调函数，当定时时间到达时，自动调用回调函数实现周期性定时。顾名思义，这种定时器采用队列机制进行管理，是一种轻型对象，而且系统对回调函数采用线程池机制进行管理、调度，因此系统开销较小。

　　从以上分析可知，使用定时器队列实现高精度定时具有明显的优越性，因此在Windows2000及后续的Windows操作系统中用来替代timeSetEvent（）多媒体定时器。为了方便使用，本文使用Visual Basic6.0,利用定时器队列开发了一个ActiveX定时器控件，该控件拥有定时器队列定时器的一切优势，可以实现定时间隔最长为2147483647ms的高精度定时。

　　1 定时器队列实现定时功能的基本原理

　　如前所述，定时器队列定时器可以支持多种工作模式，其实现绕过了Windows消息队列机制，定时精度高。

　　Windows 提供了一系列 API 函数用于创建、管理定时器队列及其中的定时器。使用定时器队列定时器，首先需要调用CreateTimerQueue（）函数创建一个定时器队列，该函数无参数，成功调用时返回定时器队列的句柄，否则返回空，原型为：

　　2 将定时器设计成 ActiveX 控件

　　各种支持ActiveX控件的软件都有统一的接口，ActiveX控件在一种软件下开发而在其他软件中可以使用的控件，能极大增强软件的功能和提高代码复用的效率，本文运用上述定时器队列定时器的API函数，在简单高效的Visual Basic 6.0平台上，利用ActiveX技术将其开发成ActiveX控件，使其为工业控制和数据采集中的定时功能提供方便的服务。

　　首先创建名为QTimer.ctlActiveX工程，将其设置为运行时不可见，即在属性窗口中将属性 InvisibleAtRuntime 设置为True,该定时器所用的几个 API 函数位于 kernel32.dll 中，先予以声明，在代码窗口中为ActiveX控件定义三个属性和一个事件，其中布尔型的变量m_Enabled是Enabled属性的值，表示定时控件是否可用，long型的m_Interval是定时器的时长以ms为单位 , 是一个长整数值 , 在本次实验中为 8 小时即28800000ms, m_FirstInterval 表示经过多长时间开始定时，Timer 是该控件的一个重要的事件，在定时时间到时由回调函数触发运行。

　　当Enabled属性改变或者Interval属性值被修改时，并且控件处于运行状态，则要删除旧的定时器，当用户将Enabled属性False改变为True时，创建新的定时器，Enabled属性由True变为False时，删除定时器。关键代码如下：

　　在上述代码中要用AddressOf 获取控件新的窗口过程地址和回调函数的入口地址，因此不能把窗口过程和回调函数写在ActiveX控件代码段内，需要在一个模块文件中编写。下面是新的窗口过程函数WindowProc,作用是处理控件窗口上的所有消息，其中最主要的是处理定时器的回调函数发来的消息，代码中用GetProp（hwnd, “QTimer”）读取QTimer属性的值，获取定时器的句柄，启动FireTime事件，窗口的其他消息仍然由原窗口过程处理，用 GetProp（hwnd, “ OldWinProc ”）读取OldWinProc 属性的值，获取原窗口过程入口地址，进行其他消息的处理。