RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task
#한 줄 요약
“Software timer는 timer task가 tick마다 list를 훑어 callback을 부르는 구조입니다.” µs 정밀도가 필요하면 HW timer, ms 단위 알람이 많으면 SW timer입니다.
#어떤 상황에서 쓰나
LED를 250 ms마다 깜빡이게 하고, 사용자가 30초 동안 입력이 없으면 화면을 꺼야 하며, watchdog ping을 1초 주기로 보내야 하는 펌웨어가 흔합니다. 모두 hardware timer 한 개로는 처리할 수 없을 만큼 알람의 종류가 많습니다. Software timer는 한 hardware tick 위에 N개의 가상 timer를 얹어줍니다.
반대로 motor PWM 50 µs cycle처럼 정밀하고 ISR latency가 결정적이어야 하는 작업은 hardware timer로 직접 처리해야 합니다.
#핵심 개념
HW timer peripheral 한 개 = timer 한 개, µs 정밀SW timer timer task 한 개 = N개 가상 timer, tick 정밀(보통 1 ms)FreeRTOS software timer 구조입니다.
| API | 동작 |
|---|---|
xTimerCreate | callback, period, auto-reload 옵션 |
xTimerStart | timer command queue로 명령 전달 |
xTimerStop / xTimerDelete | 같은 queue로 전달 |
| timer task | 매 tick마다 만료 timer를 골라 callback 호출 |
Callback은 timer task의 context에서 실행됩니다. 따라서 callback에서 block하거나 무거운 일을 하면 다른 timer가 지연됩니다.
#코드 / 실제 사용 예
#One-shot timer
TimerHandle_t inactivity;
void inactivity_cb(TimerHandle_t t) { screen_off();}
void on_user_input(void) { xTimerReset(inactivity, 0); /* 30초 새로 셈 */}
void init(void) { inactivity = xTimerCreate( "idle", pdMS_TO_TICKS(30000), pdFALSE, /* one-shot */ NULL, inactivity_cb); xTimerStart(inactivity, 0);}pdFALSE가 one-shot입니다. callback이 한 번 실행되고 timer는 dormant 상태로 들어갑니다.
#Auto-reload timer
TimerHandle_t heartbeat;
void hb_cb(TimerHandle_t t) { static int phase; led_set(phase ^= 1); watchdog_ping();}
void init(void) { heartbeat = xTimerCreate( "hb", pdMS_TO_TICKS(500), pdTRUE, /* auto-reload */ NULL, hb_cb); xTimerStart(heartbeat, 0);}pdTRUE가 auto-reload입니다. callback이 끝나면 자동으로 다시 시작합니다.
#Timer ID로 instance 구분
TimerHandle_t led_timers[4];
void led_cb(TimerHandle_t t) { int idx = (int)(uintptr_t)pvTimerGetTimerID(t); led_toggle(idx);}
void init(void) { for (int i = 0; i < 4; i++) { led_timers[i] = xTimerCreate("led", pdMS_TO_TICKS(100 * (i + 1)), pdTRUE, (void *)(uintptr_t)i, led_cb); xTimerStart(led_timers[i], 0); }}같은 callback을 N개의 timer가 공유할 때 timer ID로 구분합니다. RAM이 callback 코드 한 벌만 듭니다.
#Static timer
static StaticTimer_t hb_buf;TimerHandle_t hb;
void init(void) { hb = xTimerCreateStatic( "hb", pdMS_TO_TICKS(500), pdTRUE, NULL, hb_cb, &hb_buf); xTimerStart(hb, 0);}양산은 static 변종이 표준입니다. heap fragmentation이 사라집니다.
#ISR에서 reset
void EXTI_IRQHandler(void) { BaseType_t hp = pdFALSE; xTimerResetFromISR(inactivity, &hp); /* 30s timer reset */ portYIELD_FROM_ISR(hp);}ISR에서 직접 callback을 부를 수는 없고, *FromISR 변종이 timer task에 명령을 전달합니다.
#HW timer가 필요한 경우
/* 정밀 50 µs PWM — HW timer가 답 */void TIM2_IRQHandler(void) { pwm_update(); /* ISR에서 직접 — SW timer로는 불가능 */}µs 단위 정밀, ISR latency 보장이 필요하면 HW timer를 직접 다룹니다. SW timer는 tick 정밀이라 1 ms tick에서는 ±1 ms jitter가 항상 깔립니다.
#Timer 종료 시 race 처리
void shutdown_module(void) { xTimerStop(t, pdMS_TO_TICKS(100)); /* 이 시점 callback이 이미 실행 중일 수 있음 */ if (xTimerDelete(t, pdMS_TO_TICKS(100)) != pdPASS) { log_err("timer delete failed"); } /* callback이 사용하던 자원은 callback 완료 후 free */}xTimerStop은 명령을 queue에 넣을 뿐, 이미 실행 중인 callback을 멈추지 않습니다. callback이 module의 자원을 쓰고 있다면 reference count로 안전하게 정리합니다.
#측정 / 성능 비교
| 연산 | 시간 (Cortex-M4 72 MHz) |
|---|---|
xTimerStart | 2.1 µs (queue로 명령 전달) |
| SW timer callback latency | tick + 2 µs (보통 1 ms tick에 1 ms 지연) |
| HW timer ISR | 0.4 µs (직접 ISR 진입) |
| timer task per-tick overhead | 0.6 µs (active timer 4개) |
SW timer는 tick 정밀입니다. 1 ms tick에서는 callback이 0~1 ms 늦게 호출될 수 있습니다.
RAM 사용량:
| 종류 | 크기 |
|---|---|
| SW timer 1개 | 66 B |
| HW timer | 0 B (peripheral 사용) |
| timer task stack | 256 B (default) |
Timer task 자체가 항상 살아있으니 RTOS 도입 시 256 B 정도가 기본으로 소비됩니다.
#자주 보는 함정
Callback에서 block
void cb(TimerHandle_t t) { xQueueReceive(q, &item, portMAX_DELAY); /* timer task 자체가 멈춤 */}Timer task가 막히면 다른 모든 timer가 동시에 멈춥니다. callback에서는 block을 절대 하지 않습니다.
Callback에서 무거운 작업
void cb(TimerHandle_t t) { flash_write(buf, 4096); /* 수십 ms — 다음 callback 늦어짐 */}긴 작업은 worker task로 넘깁니다. callback은 신호 한 줄만 보내고 worker가 처리합니다.
Timer command queue full
xTimerStart(t, 0); /* timer queue 가득 차면 fail */기본 queue 길이는 10입니다. 짧은 시간에 많은 timer 명령이 발생하면 길이를 늘립니다(configTIMER_QUEUE_LENGTH).
Period를 0으로
xTimerCreate("x", 0, pdTRUE, NULL, cb); /* assert fail */Period는 최소 1 tick이어야 합니다. 1 ms tick에서 1 ms 미만 timer는 SW timer로는 불가능합니다.
Delete 후 자원 즉시 free
xTimerDelete(t, 0);free(my_buf); /* 마지막 callback이 my_buf 사용 중이면 use-after-free */Delete 명령은 queue에 들어갈 뿐, 이미 실행된 callback의 종료를 보장하지 않습니다. Reference count나 명시적 sync로 안전하게 처리합니다.
#정리
- SW timer는 tick 정밀(보통 1 ms), HW timer는 µs 정밀입니다.
- One-shot은
pdFALSE, auto-reload는pdTRUE입니다. - Callback은 timer task context이므로 block과 long work를 금지합니다.
- 명령은 timer command queue로 전달됩니다. queue 길이와 ISR 빈도를 확인합니다.
- Delete는 callback 완료를 보장하지 않으니 race를 의식해 reference count로 정리합니다.
- 양산은 static timer를 표준으로 사용합니다.
다음 편부터 6-09~6-11은 별도로 다루고, 본 시리즈에서 마지막은 RTOS 디버깅입니다.
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