如何偷改 millis( ) 与 micros( )的值方便测试(教程)(定时器相关)

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1. 很多人常常利用 millis( ) 或 micros( )检查是否到了该做事情,
2. 真正溢出(Overflow)的定义应该是当把 millis( ) 看作 signed 有正负,
3. 你可以用简单 Arduino 程序测试:
4.其实我们可以在程序中偷改 millis( ), 这我在以下这篇有写过:
5.那可否偷改 micros( )的答案呢 ?

https://www.arduino.cn/thread-12550-1-1.html

1. 很多人常常利用 millis( ) 或 micros( )检查是否到了该做事情,

或是用来设定定时做事( Timer 库或 SimpleTimer 库都是这样);

但是, 有时很想知道如果 millis( ) 很大会怎样, 到那时自己的写法有没问题 ?
认真仔细推想当然可以,
不过, 懒得仔细想的人就想到说那直接用实验测试,
可是官方网站说 millis( ) 用 unsigned long,
要等到Arduino开始执行之后 49.710 天: (没有人想等那么久吧 ?!)
4294967296 /1000 /60 /60 / 24 天 = 49.710 天
http://arduino.cc/en/Reference/millis
这时 millis( ) 会由最大值的 4294967295 又加 1 变为 0,
一般称这为溢出(Overflow), 其实应该称 Rollover (归零)!
即使是用 micros( ), 那想要等到接近 unsigned long 最大值也要等大约 71.58分钟:
4294967296 /1000/1000 /60 分钟 = 71.58 分钟
也就是说, micros( ) 要开机后大约 71.58分钟才会溢出(Overflow), 或应该说Rollover (归零)!

2. 真正溢出(Overflow)的定义应该是当把 millis( ) 看作 signed 有正负,

然后它从本来正数再次加 1 后瞬间变成负数之时:
在你 PC 上做个测试:
开启微软的计算器(Calculator):
点 View 选 Programmer, 然后点 Dword
输入 0 - 1 并按 =
此时中间有 32 个 1, 最右边编号 0, 最左边是 bit31
用鼠标点一下最左边 bit 31, 该 bit 会变为 0,
得到答案是 2147483647, 这就是有正负之 long 的最大值(即0x7fffFFFF),
这时, 请用鼠标点计算器的 + 再点 1 然后点 =
怪事发生了, 出现答案是负数: -2147483648
也就是说, 把 2147483647 这数加 1 就会变成 -2147483648,
这才是 CPU 对真正 Overflow 的定义 !
但如果看做 unsigned long , 它就是正数 2147483648,
再次加 1, 变成 -2147483647, 它就是 unsigned long 的 2147483649,
一直加 1, 最后会达到 4294967295, 这数看做 signed 有正负就是 -1;
也就是二进制 32 个 1, 此时若不限制只有 32 bit, 则再次加 1 后会
变成 10000… 共 32 个 0 , 这个数其实就是 4294967296

3. 你可以用简单 Arduino 程序测试:

void setup( ) {unsigned long k = -1;Serial.begin(9600);Serial.println( String("k=") + k);long gg = k;Serial.println( String("gg=") + gg);k = k / 2;Serial.println( String("k / 2 = ") + k);
}
void loop( ) {;
}

4.其实我们可以在程序中偷改 millis( ), 这我在以下这篇有写过:

关于 millis() 溢出(overflow)归零(rollover)有没问题?(教程)
http://www.arduino.cn/thread-12506-1-2.html

现在再简单举例说一下如何改:
(a)在你程序最前面写以下这句:
extern unsigned long timer0_millis;
这是宣告说我们要直接存取(访问)纪录 millis( ) 的变量 timer0_millis
(b)想改为接近快要归零或是接近 49.710 天,
这样写:
timer0_millis = -5678; // 就是再过 5.678 秒就会归零
然后你可以立即 Serial.print( millis( ) ); 印出来看看 millis( ) 是多少 !?

©想改为接近 unsigned long 的一半或说大约 24.8 天,
可以这样:
timer0_millis = 2147483647L -5677; // 再过 5.678 秒就会过一半 !
或是不记得这么长的 2147483647L,
那简单写这样也一样:
timer0_millis = ((unsigned long) -1 ) /2 -5677; //再过 5.678 秒就会过一半 !

如果你不相信,
那就写个简单的 Arduino 程序测试看看吧

5.那可否偷改 micros( )的答案呢 ?

答案是当然可以 !
不然要开机后约 71.58 分钟 micros( )才会到很大接近归零也是很久:
4294967296 /1000/1000 /60 分钟 = 71.58 分钟
http://arduino.cc/en/Reference/micros
那要如何偷改 micros( )的答案呢 ?
很简单, 只要偷改计算基础的 timer0_overflow_count 即可,
原理就不多说的, 我写了两个函数方便设定为快要溢出或快要到 unsigned long 的一半

     setMicrosEndBackMs(3250);  // 再过大约 3.25秒 micros( )会溢出(相当于71.58分钟)unsigned long you = micros( );   // 可用 Serial.println(you);  看看setMicrosHalfBackMs(3388); //再过大约  3.388 秒 micros( )会过unsigned long的一半(即快要35.79分钟):unsigned long her = micros( );  //   可用 Serial.println(her);  看看

两个函数如下, 大家可以直接抄去用即可:

// 71.58分钟倒回 back ms (注意不是 back us)
void setMicrosEndBackMs(unsigned long back) {extern unsigned long timer0_overflow_count;back = ( ((unsigned long)(-1)) / 4 / 256 - 2) - back;cli( ); // 禁止中断timer0_overflow_count = back;sei( ); // 允许中断
}// 35.79分钟倒回 back ms (注意不是 back us)
void setMicrosHalfBackMs(unsigned long back) {extern unsigned long timer0_overflow_count;back = ( ((unsigned long)(-1)) / 4 / 256 - 2) / 2 - back;cli( ); // 禁止中断timer0_overflow_count = back;sei( ); // 允许中断
}

关于 millis( ) 与 micros( ) 是如何计算出时间的请参考:
http://www.arduino.cn/thread-12468-1-3.html

不过为了方便, 我把相关的源代码复制在以下:

unsigned long timer0_millis = 0; // 开机到现在几个 millis ?
unsigned char timer0_fract = 0; // 调整误差用
unsigned long timer0_overflow_count; // 给 micros( ) 用// 以下 ISR( ) 中断处理程序每隔 1.024 ms 会执行一次SIGNAL(TIMER0_OVF_vect) {timer0_millis += 1;timer0_fract += 3;if (timer0_fract >= 125) {timer0_fract -= 125;timer0_millis += 1;}timer0_overflow_count++;
}// call 要 4 clock, 回传后把答案复制到变数(variable变量)要8clock
unsigned long millis( ) {unsigned long m;uint8_t oldSREG = SREG;  //状态寄存器(包括是否允许 Interrupt); 1clock// disable interrupts while we read timer0_millis or we might get an// inconsistent value (e.g. in the middle of a write to timer0_millis)cli( ); // 禁止中断; 1 clockm = timer0_millis; // 读取内存的全局变量 timer0_millis;8 clockSREG = oldSREG;  // 恢复状态寄存器(注意不一定恢复中断喔 !);1 clockreturn m;  // 6 clocks
} // millis(   //  total 17 clock cycles
/// unsigned long ans = millis( );  // total 4+17+8 = 29 clocksunsigned long micros() {unsigned long m;uint8_t oldSREG = SREG; // 状态寄存器(包括是否允许 Interrupt)uint8_t t;  // 临时变量cli();    // 禁止 Interruptm = timer0_overflow_count;  // timer0 已经 overflow 几次 ?t = TCNT0;  // timer0 目前的值if ((TIFR0 & _BV(TOV0)) && (t & 255)) m++; // timer0 目前的TCNT0值不是 0且欠一次中断SREG = oldSREG;  // 恢复状态寄存器(注意不一定恢复中断喔 !)return ((m * 256) + t) * 4; // 最大只能代表约 71.58 分钟
} // micros(