Windows下的高精度计时和高频事件的产生
作者：戎亚新
南京航空航天大学仿真与控制实验室
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。
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