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Modern Embedded Recipes · 70/152

RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task

· Hawk · 5분 읽기

#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 정밀
SW timer timer task 한 개 = N개 가상 timer, tick 정밀(보통 1 ms)

FreeRTOS software timer 구조입니다.

API동작
xTimerCreatecallback, period, auto-reload 옵션
xTimerStarttimer command queue로 명령 전달
xTimerStop / xTimerDelete같은 queue로 전달
timer task매 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

연산시간 (Cortex-M4 72 MHz)
xTimerStart2.1 µs (queue로 명령 전달)
SW timer callback latencytick + 2 µs (보통 1 ms tick에 1 ms 지연)
HW timer ISR0.4 µs (직접 ISR 진입)
timer task per-tick overhead0.6 µs (active timer 4개)

SW timer는 tick 정밀입니다. 1 ms tick에서는 callback이 0~1 ms 늦게 호출될 수 있습니다.

RAM 사용량:

종류크기
SW timer 1개66 B
HW timer0 B (peripheral 사용)
timer task stack256 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-reload는 pdTRUE입니다.
  • 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.

#관련 항목

Modern Embedded Recipes · 71 of 152

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  3. 3임베디드 클럭과 타이밍 — Skew·Jitter·PLL·MMCM 분석
  4. 4GPIO 내부 구조 분해 — Push-Pull·Open-Drain·Schmitt Trigger
  5. 5UART 하드웨어 동작 분석 — Baud Rate·Framing·FIFO
  6. 6SPI 하드웨어 분석 — Clock Mode·MOSI/MISO·Chip Select
  7. 7I2C 하드웨어 분석 — Open-Drain·Clock Stretching·Arbitration
  8. 8ADC 동작 원리 — SAR·Sigma-Delta·Pipelined 비교
  9. 9DAC 동작 원리 — R-2R Ladder·Sigma-Delta·Settling Time
  10. 10PWM 신호 생성 분석 — Duty·Frequency·Dead Time·Center-Aligned
  11. 11CAN 버스 전기적 특성 — Differential·Termination·Dominant/Recessive
  12. 12RS-485·RS-422 차동 신호 분석 — Termination·Biasing·Topology
  13. 13LVDS 차동 신호 분석 — Common-Mode·Impedance·Eye Pattern
  14. 14ARM Cortex-M 시리즈 비교 — M0·M3·M4·M7·M33·M55 분석
  15. 15ARM Cortex-A 시리즈 비교 — A53·A55·A72·A78·X1 분석
  16. 16ARM 레지스터 구조 분석 — R0~R15·CPSR·SPSR·Banked Registers
  17. 17Cortex-M 예외 처리 — Vector Table·NVIC·Tail-Chaining 추적
  18. 18ARM 메모리 맵 분석 — Normal·Device·Strongly-Ordered Region
  19. 19ARM L1·L2 캐시 분석 — Set Associative·Inclusive·Maintenance
  20. 20ARM MPU 활용 — Region·Attribute·Privilege Separation
  21. 21ARM MMU 기초 분석 — Translation Table·TLB·ASID
  22. 22ARM TrustZone-M 기초 — Secure/Non-Secure·NSC·MPC
  23. 23ARM Memory Barrier 실전 — DMB·DSB·ISB·DMA·MMIO
  24. 24임베디드 크로스 컴파일러 분석 — GCC·Clang·Sysroot 구성
  25. 25C 컴파일 4단계 — Preprocess·Compile·Assemble·Link 추적
  26. 26ELF 파일 구조 분석 — Section·Segment·Symbol Table·DWARF
  27. 27링커 스크립트 기초 — SECTIONS·MEMORY·entry point
  28. 28링커 스크립트 고급 — Overlay·BSS·init_array·LMA/VMA
  29. 29임베디드 스타트업 코드 분석 — Reset_Handler·Vector Table·SystemInit
  30. 30C 런타임 crt0 분석 — Stack·BSS Zero·Data Copy·atexit
  31. 31임베디드 메모리 레이아웃 — .text·.rodata·.data·.bss·.heap·.stack
  32. 32임베디드 컴파일러 최적화 분석 — -O0~-O3·-Os·-LTO 비교
  33. 33Map 파일 분석 — Symbol·Section·Size 추적으로 코드 크기 진단
  34. 34Make·CMake 크로스 컴파일 — Toolchain File·Sysroot 통합
  35. 35임베디드 Bootloader 체인 — BootROM·SPL·U-Boot·Kernel·Secure Boot
  36. 36첫 bare-metal 프로그램 작성 — Linker·Startup·main의 최소 구성
  37. 37MMIO 레지스터 직접 접근 — volatile·Memory Map·Aliasing 분석
  38. 38GPIO 드라이버 직접 구현 — STM32 HAL 없이 레지스터로
  39. 39임베디드 클럭 설정 분석 — HSE·PLL·SYSCLK·AHB/APB 분주
  40. 40Cortex-M 인터럽트 핸들링 — NVIC·Priority·Vector·EXTI
  41. 41SysTick 타이머 활용 — 24-bit Counter·1ms Tick·delay 구현
  42. 42UART 드라이버 구현 — polling·interrupt·DMA 3가지 방식 비교
  43. 43SPI 드라이버 구현 — Master·Slave·CRC·DMA
  44. 44I2C 드라이버 구현 — Master·7-bit/10-bit·Clock Stretching 처리
  45. 45임베디드 DMA 기초 — Memory-to-Memory·Peripheral·Circular Mode
  46. 46저전력 모드 분석 — Sleep·Stop·Standby·Wake-up Source
  47. 47IWDG·WWDG 워치독 구현 — Independent vs Window 비교
  48. 48임베디드 Flash 프로그래밍 — Erase·Program·Read While Write
  49. 49DDR 초기화 실패 진단 — Timing·Calibration·Walking Bit Test
  50. 50PWM 출력 실전 — LED 밝기·모터 속도 제어
  51. 51DC 모터 제어 — H-Bridge·PWM Duty·Encoder Feedback
  52. 52스테퍼 모터 제어 — Full Step·Half Step·Microstepping
  53. 53서보 모터 제어 — PWM 1ms~2ms·Closed Loop·PID
  54. 54Character LCD 제어 — HD44780·4-bit Mode·Custom Char
  55. 55SPI OLED 제어 — SSD1306·Frame Buffer·Page 단위 갱신
  56. 56TFT 디스플레이 구동 — RGB565·FSMC·LTDC·DMA2D
  57. 57환경 센서 활용 — BME280 온습압·SHT3x·BMP180 비교
  58. 58IMU 센서 활용 — MPU6050·LSM6DSO·Sensor Fusion
  59. 59CAN 통신 구현 — bxCAN·Filter·Mailbox·CAN-FD
  60. 60USB Device 기초 — Descriptor·Enumeration·Endpoint·HID/CDC
  61. 61Ethernet MAC+PHY 통합 — RMII·lwIP·DMA Descriptor
  62. 62SD Card + FatFs 구현 — SPI/SDIO 모드·CSD/CID·Wear
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  64. 64RTOS 도입 결정 분석 — Super Loop vs RTOS 트레이드오프
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  66. 66RTOS Scheduler 동작 분석 — Tick·Context Switch·Yield
  67. 67RTOS Semaphore 활용 — Binary·Counting·ISR Give
  68. 68RTOS Mutex 활용 — Recursive·Priority Inheritance 적용
  69. 69RTOS Queue 활용 — By-Value·By-Reference·Timeout 패턴
  70. 70RTOS Event Group 활용 — Bit Wait·Sync·Notify
  71. 71RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task
  72. 72ISR-Safe API 설계 — Reentrant·Atomic·Defer 패턴
  73. 73Priority Inversion 진단·예방 — Mars Pathfinder Lesson 추적
  74. 74Timer Wheel 분석 — Hashed·Hierarchical·O(1) Tick
  75. 75RTOS 디버깅 기법 — Tracealyzer·SystemView·Stack 추적
  76. 76임베디드 Linux 부팅 흐름 분석 — BootROM·U-Boot·Kernel·init
  77. 77U-Boot 활용 — bootcmd·env·tftp·boot.scr 분석
  78. 78Device Tree 실전 — DTS·DTB·Overlay·Phandle 추적
  79. 79Device Tree Overlay 적용 — Runtime fragment·dtoverlay
  80. 80임베디드 커널 빌드 — defconfig·menuconfig·Image·zImage
  81. 81커널 모듈 기초 — init/exit·Parameter·KBuild·DKMS
  82. 82캐릭터 드라이버 작성 — file_operations·cdev·register_chrdev
  83. 83Platform 드라이버 작성 — probe·remove·of_match·DT 바인딩
  84. 84mmap 4가지 모드 — Anonymous·File·Shared·Huge Page
  85. 85epoll 실전 — LT·ET·ONESHOT·EXCLUSIVE 비교
  86. 86UIO·VFIO 분석 — User-Space Driver와 IOMMU 격리
  87. 87sysfs·configfs 활용 — kobject 기반 User 인터페이스
  88. 88IRQ Affinity 튜닝 — smp_affinity·isolcpus·irqbalance
  89. 89루트 파일시스템 구축 — Buildroot 기초·Package·Toolchain
  90. 90임베디드 동적 메모리 — malloc 위험·결정성·대안 분석
  91. 91메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
  92. 92Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
  93. 93DMA-Friendly Allocator — dma_alloc_coherent·IOMMU·Pool
  94. 94Zero-Copy Pipeline — DMA-BUF·sendfile·io_uring·splice
  95. 95NUMA Memory Topology — numactl·numa_alloc·HBM 적용
  96. 96SIMD 활용 분석 — Intrinsics·Auto-Vectorization·OpenMP SIMD
  97. 97ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
  98. 98임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
  99. 99임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
  100. 100임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
  101. 101WCET 분석 기법 — Static·Measurement·Hybrid 방법론
  102. 102Lock-Free Ring Buffer 구현 — SPSC·Power-of-2·Memory Order
  103. 103Wait-Free Signaling — Atomic Flag·Sequence·Latest-Value
  104. 104RCU (Read-Copy-Update) 기초 — Quiescent State·Grace Period
  105. 105Hazard Pointer 분석 — Lock-Free Memory Reclamation
  106. 106Compare-And-Swap 패턴 — Stack·Counter·Linked List 적용
  107. 107Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
  108. 108Spinlock vs Mutex 결정 가이드 — Context Switch·Hold Time
  109. 109ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
  110. 110False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
  111. 111MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
  112. 112임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
  113. 113JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
  114. 114GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
  115. 115Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
  116. 116UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
  117. 117임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
  118. 118인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
  119. 119메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
  120. 120타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
  121. 121통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
  122. 122임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
  123. 123임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
  124. 124FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
  125. 125Vivado 사용법 — Project·Constraint·Synth·Impl·Bitstream
  126. 126PCIe BAR 매핑 분석 — Config Space·Enumeration·MMIO 접근
  127. 127AXI 인터페이스 — AXI4·AXI4-Lite·AXI-Stream 비교
  128. 128Zynq PS-PL 통신 — GP·HP·ACP 인터페이스 선택
  129. 129Mailbox Protocol 분석 — Host와 Accelerator를 잇는 Doorbell
  130. 130Command Queue·Submission Queue — NVMe·XDMA 공통 패턴
  131. 131DMA Completion 메커니즘 — Interrupt·Polling·Completion Ring
  132. 132PCIe Streaming 분석 — BAR Type·MSI-X·Kernel Bypass
  133. 133Vitis HLS 분석 — Pragma·Pipeline II·Dataflow 실전 감각
  134. 134HLS 최적화 기법 — Pipeline·Unroll·Partition·Dataflow
  135. 135Vitis AI 분석 — DPU·xmodel·VART
  136. 136OpenCL on FPGA — Kernel·Channel·Burst Memory 분석
  137. 137Intel Quartus 사용법 — Platform Designer·Nios II·HLS
  138. 138Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
  139. 139NPU 아키텍처 분석 — Ethos·Hexagon·Systolic Array 비교
  140. 140딥러닝 Quantization 분석 — PTQ·QAT·INT8·INT4·Calibration
  141. 141TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
  142. 142TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
  143. 143ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
  144. 144Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
  145. 145NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
  146. 146Zero-Copy Camera Pipeline — V4L2·DMA-BUF·GPU Import·NPU 직결
  147. 147온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
  148. 148Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
  149. 149Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
  150. 150PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
  151. 151QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
  152. 152Linux CXL 드라이버 분석 — cxl_pci·cxl_core·region·DAX