Windows下的高精度计时和高频事件的产生

技术2022-05-20 37

作者：戎亚新南京航空航天大学仿真与控制实验室

下载源代码　　在开发 Windows 下的应用程序时，经常需要用的计时，尤其在一些对时间要求比较高的程序中，计时的精确性是很重要的，本文介绍了两种精确计时的方法，计时的精度可以达到ms级，而且可以认为它是精确的，可以在大多数情况下作为时间的基准。

用API函数::timeGetTime()获取从开机到现在经过的ms数，它的返回类型为DWORD类型，因此它的最大计时长度为2^32ms,约等于49天，::timeGetTime()是一个多媒体函数，所以它的优先级是很高的，一般可以将它看成是精确的。用查询系统定时器的计数值的方法，用到的API函数是QueryPerformanceCounter、QueryPerformanceFrequency，方法是用当前计数值减去开始计时时刻的计数值，得到计数差值，再除以系统定时器的频率就是计的时间，通常系统定时器的频率非常高，我在 intel845e 的主板上达到了3579545hz，当然对于不同的主板，它的频率是不同的。程序运行的结果如图一所示：图一

　　这种计时方法要用另外一个线程专门来查询系统定时器的计数值，这就用到了多线程的知识。由于线程的调用是需要处理器时间的，所以在本中，多线程定时器的时间总要落后于多媒体定时器时间。但在中间的任何一个读取时间的时刻都是非常精确的，只是从读取到显示有一个延迟过程。　　下面讲一下Windows高频事件的产生，还是利用上面两种方法，Windows下有一个多媒体定时器，用法为一组API函数的调用，它们是：

MMRESULT timeBeginPeriod( UINT uPeriod ) ; MMRESULT timeSetEvent( UINT uDelay, UINT uResolution, LPTIMECALLBACK lpTimeProc, DWORD dwUser, UINT fuEvent ); void CALLBACK TimeProc( UINT uID, UINT uMsg, DWORD dwUser, DWORD dw1, DWORD dw2 ); MMRESULT timeKillEvent( UINT uTimerID ); MMRESULT timeEndPeriod( UINT uPeriod );

　　其中timeBeginPeriod是用来设置最高定时精度的，最高精度为1ms，如果要产生间隔为1ms的中断，必须调用timeBeginPeriod（1）；当定时器用完之后就要用timeEndPeriod(1);来恢复默认的精度。具体使用方法为在timeBeginPeriod（1）调用之后用timeSetEvent()注册一个回调函数，即一个中断处理过程。它还可以向回调函数传递一个参数，通常可以传送一个窗口句柄之类的东西。而回调函数TimeProc则从dwwUser参数中取出传递的参数使用。在Windows下，可以用这种方法进行1ms精度的定时数据采集，数据发送，但要保证1ms能完成所有的操作和运算。本人经过实践证明，用它来实现控制的精度是足够的。　　第二种方法还是使用多线程查询系统定时器计数值，它与上面提到的方法相比有优点也有缺点，缺点是精度不够高，优点是产生的间隔能突破1ms的限制，可以达到更小的间隔，理论上事件产生的频率可以和系统定时器的频率一样。主要示例代码如下：

UINT Timer(LPVOID pParam) { QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *)& gl_BeginTime ); while(gl_bStart) { QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *)&gl_CurrentTime ); If(gl_CurrentTime - gl_BeginTime > 1.0/Interval ) { //定时的事件，比如发送数据到端口，采集数据等 gl_BeginTime = gl_CurrentTime； } } return 1; }

　　这是多线程中的一个线程函数，Interval是产生事件的间隔，如果为0.001则为1ms产生一次，理论上如果Interval为1，则以最大的频率产生事件。即可以用Windows产生很高频率的事件，但是由于线程的调用是要有时间的，有的时候可能会造成这个线程一直没有得到执行，从而造成有一段时间没有进行计数，这段时间的定时事件就没有产生了，如果定时的频率越高，丢失的可能性就越大。但如果用它来产生高频随时间变化的随机信号还是很有价值的。这在实时仿真中尤其如此。具体的实现请参看详细的例子代码。如有疑问，请与我联系：qq：21881480email：bsrong@elong.com 或　bsrong_nuaa@msn.com

//Timer using Performance Counter #ifndef TIMER_H #define TIMER_H #include <iostream> #include <windows.h> class Timer { public: Timer(); ~Timer() {}; void start(); void end(); float getTime() const; void display() const; private: __int64 frequency; // Timer Frequency float resolution; // Timer Resolution unsigned long mm_timer_start; // Multimedia Timer Start Value unsigned long mm_timer_elapsed; // Multimedia Timer Elapsed Time bool performance_timer; // Using The Performance Timer? __int64 performance_timer_start; // Performance Timer Start Value __int64 performance_timer_elapsed; // Performance Timer Elapsed Time float startTime; float endTime; float passTime; }; Timer::Timer() { // Check To See If A Performance Counter Is Available // If One Is Available The Timer Frequency Will Be Updated if (!QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER *) & frequency)) { // No Performace Counter Available performance_timer = FALSE; // Set Performance Timer To FALSE //mm_timer_start = timeGetTime(); // Use timeGetTime() To Get Current Time resolution = 1.0f/1000.0f; // Set Our Timer Resolution To .001f frequency = 1000; // Set Our Timer Frequency To 1000 mm_timer_elapsed = mm_timer_start; // Set The Elapsed Time To The Current Time } else { // Performance Counter Is Available, Use It Instead Of The Multimedia Timer // Get The Current Time And Store It In performance_timer_start QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *) &performance_timer_start); performance_timer = TRUE; // Set Performance Timer To TRUE // Calculate The Timer Resolution Using The Timer Frequency resolution = (float) (((double)1.0f)/((double)frequency)); // Set The Elapsed Time To The Current Time performance_timer_elapsed = performance_timer_start; } } void Timer::start() { __int64 time; // time Will Hold A 64 Bit Integer if (performance_timer) // Are We Using The Performance Timer? { QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *) &time); // Grab The Current Performance Time // Return The Current Time Minus The Start Time Multiplied By The Resolution And 1000 (To Get MS) startTime = ( (float) ( time - performance_timer_start) * resolution)*1000.0f; } else { // Return The Current Time Minus The Start Time Multiplied By The Resolution And 1000 (To Get MS) //startTime = ( (float) ( timeGetTime() - mm_timer_start) * resolution)*1000.0f; } } void Timer::end() { __int64 time; // time Will Hold A 64 Bit Integer if (performance_timer) // Are We Using The Performance Timer? { QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *) &time); // Grab The Current Performance Time // Return The Current Time Minus The Start Time Multiplied By The Resolution And 1000 (To Get MS) endTime = ( (float) ( time - performance_timer_start) * resolution)*1000.0f; } else { // Return The Current Time Minus The Start Time Multiplied By The Resolution And 1000 (To Get MS) //endTime = ( (float) ( timeGetTime() - mm_timer_start) * resolution)*1000.0f; } passTime = endTime - startTime; } float Timer::getTime() const { return passTime/1000; } void Timer::display() const { std::cout < < "It takes " < < passTime/1000 < < " s. " < < std::endl; } #endif

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