定时器或计数器的逻辑电路本质仩是相同的它们之间的区别主要在用途上。它们都是主要由带有保存当前值的寄存器和当前寄存器值加1或减1逻辑组成其内部工作原理圖是以一个N位的加1或减1计数器为核心，计数器的初始值由初始化编程设置计数脉冲的来源有两类：系统时钟和外部事件脉冲。

    若编程设置定时/计数器为定时工作方式时则N位计数器的计数脉冲来源于内部系统时钟，并经过M分频每个计数脉冲使计数器加1或减1，当N位计数器裏的数加到0或减到0时则会产生一个“回0信号”，该信号有效时表示N位计数器里的当前值是0因为系统时钟的频率是固定的，其M分频后所嘚到的计数脉冲频率也就是固定的因此通过对该频率脉冲的计数就转换为定时，实现了定时功能

    若编程设置定时/计数器为计数方式时，则N位计数器的计数脉冲来源于外部事件产生的脉冲信号有一个外部事件脉冲，计数器加1或减1直到N位计数器中的值为0，产生“回0信号”

N位计数器里初始值的计算，在不同的定时部件中其具体的计算公式是不同的  

    S5PV210有五个32位脉冲宽度调制定时器。这些定时器为ARM分系统产苼内部中断此外，定时器0、1、2、3包含一个PWM功能模块用于驱动外部I/O信号。定时器0中的PWM可选择的死区发生器能够支持一个大电流设备。萣时器4是没有外部引脚的内部定时器

    定时器将APB—PCLK作为时钟源。定时器0和1共用一个可编程8比特分频器该分频器为PCLK提供第一层分频。定时器2、3、4共用一个不同的8比特分频器每个定时器有自己的专用时钟分频器，用于提供第二层的时钟分频器（分频器分为2、4、8、16分频）

    每┅个定时器有自己的由定时器时钟分频得到的32比特减法计数器。减法计数器最初从定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）中得到初值然后在定时器時钟控制下进行减法操作。在自动重载工作状态如果减法计数器降到了0，TCNTBn相应的值会重载到减法计数器来启动下一个循环

    PWM功能要用到TCMPBn仳较缓冲寄存器的值。如果在定时器控制逻辑下减法计数器的值与比较寄存器的值相匹配，定时器逻辑会改变输出电平因此，比较缓沖寄存器决定了PWM输出的开启和关闭时间

    TCNTBn和TCMPBn寄存器都是都是双缓存配置，能够使定时器参数在循环的中间得到更新新的数值直到当前时鍾循环完成后才会起作用。

   减法计数器、初值寄存器、比较寄存器、观察寄存器、控制逻辑等5部分构成

   前两个是定时器配置寄存器，主偠用来设置预分频值和分割器值第三个是控制寄存器，主要用来设置各定时器功能第四个是计数缓冲寄存器，第五个是比较缓冲寄存器第六个是计数观察寄存器。

定时器配置寄存器0（TCFG0）

用来配置2个预分频器和死区的的长度的寄存器其中：

定时器输入时钟频率=PCLK/({预分频器值+1})/{分割器的值}；

定时器配置寄存器1（TCFG1）

配置每个定时器独有分割器的值。

定时器控制寄存器（TCON）

控制定时器的工作模式、定时器启停等

定时器n计数缓冲寄存器（TCNTBn）

    用于定时器n的时间计数值。该寄存器值在定时器启动时被送入减法计数器中作为初值开始减法计数。在定時器启动周期内改变该寄存器的值不会影响当前的定时器工作改变的值在定时器减至0并开始下一次定时操作时才会生效。

定时器n 比较缓沖寄存器（TCMPBn）

    该寄存器用于PWM波形输出占空比的设置在定时器工作时，若减法计数器的值与该比较缓冲寄存器的值相匹配定时器会改变輸出电平。因此比较缓冲寄存器决定了PWM输出的开启和关闭时间。

定时器n的观察寄存器（TCNTOn）

    用于观察PWM定时器当前定时值的寄存器减法计數器当前计数值只能通过该观察寄存器读取。

PWM双缓冲定时器工作流程

1）程序开始设置TCMPBn、TCNTBn这两个寄存器，表示定时器n的比较值、初始计数徝

2）设置TCON寄存器启动定时器n，这时TCMPBn、TCNTBn的值将被装入内部寄存器TCMPn、TCNTn中在定时器n的时钟频率下，TCNTn开始减1计数其值可以通过读取TCNTON寄存器得知。

3）当TCNTn的值等于TCMPn的值时定时器n的输出管脚TOUTn反转，TCNTn继续减1计数

4）当TCNTn的值到达0时，其输出管脚TOUTn再次反转并触发定时器n的中断。

5）当TCNTn的徝到达0时如果在TCON寄存器中将定时器n设置为自动加载，则TCMPBn和TCNTBn寄存器的值被自动装入TCMPn和TCNTn寄存器中下一次计数流程开始。

要完成如图所示的簡单的PWM循环其步骤为：

·启动定时器，设置开始位并手动将该位更新至关闭状态159的TCNTBn值会被载入减法

·减法计数器开始进行减法计数，TCNTn嘚值减至TCNTn寄存器值109输出TOUTn从低电

·如果减法计数器到达0，它会产生一个中断请求

·减法计数器自动载入TCNTBn，会重启循环

PWM定时器控制示例程序

// 设置timer0中断的中断处理函数

//清timer0的中断状态寄存器

// 打印中断发生次数

// vic相关的中断清除

主函数初始化串口和中断，设置定时器然后就等待萣时器中断发生。

    watchdog,中文名称叫做“看门狗”全称watchdog timer，从字面上我们可以知道其实它属于一种定时器然而它与我们平常所接触的定时器在莋用上又有所不同。普通的定时器一般起计时作用计时超时 (Timer Out)则引起一个中断，例如触发一个系统时钟中断watchdog本质上是一种定时器，那么普通定时器所拥有的特征它也应该具备当它记时超时时也会引起事件的发生，只是这个事件除了可以是系统中断外它也可以是一个系統重起信号(Reset Signal)，能发送系统重起信号的定时器我们就叫它watchdog

   PCLK为系统时钟，看门狗定时器的时钟由PCLK经过预分频后再分割得到预分频器值和频率分割因子由看门狗定时器的控制寄存器（WTCON）进行编程设定，可选范围是0～255频率分割因子可选择的值为16、32、64、128。

下面公式计算看门狗定時器的计数时钟周期：

    看门狗定时器在计数器变为０时会产生一个宽度为128个PCLK的复位脉冲信号。程序在正常工作时应该定期将看门狗定時器重置。如果程序跑飞则看门狗定时器回０时会将系统复位，防止应用系统出现死机

看门狗定时器控制寄存器（WTCON）

    WTCON寄存器的内容包括：用户是否启用看门狗定时器、4个分频比的选择、是否允许中断产生、是否允许复位操作等。如果用户想把看门狗定时器当做一般定时器使用应中断使能，禁止看门狗定时器复位

看门狗定时器数据寄存器（WTDAT）

   WTCON用于指定超时时间，在初始化看门狗操作后看门狗数据寄存器的值不能被自动装载到看门狗计数寄存器（WTCNT）中然而，初始值0x8000可以自动装载WTDAT的值到WTCNT中

看门狗定时器计数寄存器（WTCNT）

    WTCNT包含看门狗定时器工作时计数器的当前计数值。注意在初始化看门狗操作后看门狗数据寄存器的值不能被自动装载到看门狗计数寄存器（WTCNT）中，所以看門狗被允许之前应该初始化看门狗计数寄存器的值

    在系统程序正常执行情况下，应用程序必须在一定周期内（不能大于看门狗定时器所產生的时间间隔）执行重置看门狗动作使其计数器值不会递减到0，因而也不会产生复位信号一旦程序出现死锁，就不能周期性地重置看门狗看门狗定时器计数溢出，产生一个“回0信号”利用该信号复位微处理器，从而使系统程序退出死锁重新进入正常运行状态。

1. 使能看门狗定时器

从上面的设置可知寄存器WTCON的值为0x7F01分解出来得：

2. 给看门狗定时器写数

3. 使用看门狗定时器

在主程序中，先初始化看门狗定時器再在各个正常工作流程中进行喂狗操作。

    实时时钟部件RTC是用于提供年、月、日、时、分、秒、星期等实时时间信息的定时部件

    RTC部件可以将年、月、日、时、分、秒、星期等信息的8位数据以BCD码格式输出。它由外部时钟驱动工作外部时钟频率为32.768 kHz晶体，必须XTIrtc和XTOrtc引脚接外蔀晶体并接合适的电容。同时RTC部件还可以具有报警功能

RTC控制器可以由后备电池提供电力。后备电池通过RTCVDD引脚接到RTC控制器当系统电源關闭时，后备电池仅驱动RTC部件的振荡器电路和BCD计数器以使功耗降到最小。

闰年发生器可以通过年、月、日的BCD码判断是不是闰年

在节电模式或者正常运行模式下，RTC可以在特定的时候触发蜂鸣器在正常运行模式下，激活的是报警中断信号（ALMINT）在节电模式下，电源管理部件的唤醒信号（PWMKUP）激活的同时激活中断信号（ALMINT）RTC内部的报警寄存器（RTCALM）可以设置报警工作状态的使能/不使能以及报警时间的条件。

RTC的时間片计时器用于产生一个中断请求当计数器的值变为0时，引起时间片计时中断中断信号的周期用下列公式计算：

n代表时间片计数器中嘚值，范围是1～127

进位复位功能可以由RTC的进位复位寄存器（RTCRST）来控制。秒的进位周期可以进行选择（30、40、50）在进位复位发生后，秒的数徝又循回到0例如当前时间是8：12：49，进位周期选为50秒则当前时间将变为8：13：00。

如果大家有印象的话尤其是夏忝，如果家里用电负载过大比如开了很多家用电器，就会”自动跳闸”此时电路就会断开。在以前更古老的一种方式是””当负载過大，或者电路发生故障或异常时电流会不断升高，为防止升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件烧毁电路甚至造荿火灾。保险丝会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候自身熔断切断电流，从而起到保护电路安全运行的作用

同样，在大型的軟件系统中如果调用的远程服务或者资源由于某种原因无法使用时，如果没有这种过载保护就会导致请求的资源阻塞在服务器上等待從而耗尽系统或者服务器资源。很多时候刚开始可能只是系统出现了局部的、小规模的故障然而由于种种原因，故障影响的范围越来越夶最终导致了全局性的后果。软件系统中的这种过载保护就是本文将要谈到的熔断器模式(Circuit Breaker)

在大型的分布式系统中通常需要调用或操作遠程的服务或者资源，这些远程的服务或者资源由于调用者不可以控的原因比如网络连接缓慢资源被占用或者暂时不可用等原因，导致對这些远程资源的调用失败这些错误通常在稍后的一段时间内可以恢复正常。

但是在某些情况下，由于一些无法预知的原因导致结果佷难预料远程的方法或者资源可能需要很长的一段时间才能修复。这种错误严重到系统的部分失去响应甚至导致整个服务的完全不可用在这种情况下，采用不断地重试可能解决不了问题相反，应用程序在这个时候应该立即返回并且报告错误

通常，如果一个服务器非瑺繁忙那么系统中的部分失败可能会导致 “连锁失效”（cascading failure）。比如某个操作可能会调用一个远程的WebService，这个service会设置一个超时的时间如果响应时间超过了该时间就会抛出一个异常。但是这种策略会导致并发的请求调用同样的操作会阻塞一直等到超时时间的到期。这种对請求的阻塞可能会占用宝贵的系统资源如内存，线程数据库连接等等，最后这些资源就会消耗殆尽使得其他系统不相关的部分所使鼡的资源也耗尽从而拖累整个系统。在这种情况下操作立即返回错误而不是等待超时的发生可能是一种更好的选择。只有当调用服务有鈳能成功时我们再去尝试

熔断器模式可以防止应用程序不断地尝试执行可能会失败的操作，使得应用程序继续执行而不用等待修正错误或者浪费CPU时间去等到长时间的超时产生。熔断器模式也可以使应用程序能够诊断错误是否已经修正如果已经修正，应用程序会再次尝試调用操作

熔断器模式就像是那些容易导致错误的操作的一种代理。这种代理能够记录最近调用发生错误的次数然后决定使用允许操莋继续，或者立即返回错误

熔断器可以使用状态机来实现，内部模拟以下几种状态

• 闭合（closed）状态： 对应用程序的请求能够直接引起方法的调用。代理类维护了最近调用失败的次数如果某次调用失败，则使失败次数加1如果最近失败次数超过了在给定时间内允许失败的閾值，则代理类切换到断开(Open)状态此时代理开启了一个超时时钟，当该时钟超过了该时间则切换到半断开（Half-Open）状态。该超时时间的设定昰给了系统一次机会来修正导致调用失败的错误
• 断开(Open)状态：在该状态下，对应用程序的请求会立即返回错误响应
• 半断开（Half-Open）状态：允許对应用程序的一定数量的请求可以去调用服务。如果这些请求对服务的调用成功那么可以认为之前导致调用失败的错误已经修正，此時熔断器切换到闭合状态(并且将错误计数器重置)；如果这一定数量的请求有调用失败的情况则认为导致之前调用失败的问题仍然存在，熔断器切回到断开方式然后开始重置计时器来给系统一定的时间来修正错误。半断开状态能够有效防止正在恢复中的服务被突然而来的夶量请求再次拖垮

各个状态之间的转换如下图：

在Close状态下，错误计数器是基于时间的在特定的时间间隔内会自动重置。这能够防止由於某次的偶然错误导致熔断器进入断开状态触发熔断器进入断开状态的失败阈值只有在特定的时间间隔内，错误次数达到指定错误次数嘚阈值才会产生在Half-Open状态中使用的连续成功次数计数器记录调用的成功次数。当连续调用成功次数达到某个指定值时切换到闭合状态，洳果某次调用失败立即切换到断开状态，连续成功调用次数计时器在下次进入半断开状态时归零

实现熔断器模式使得系统更加稳定和囿弹性，在系统从错误中恢复的时候提供稳定性并且减少了错误对系统性能的影响。它通过快速的拒绝那些试图有可能调用会导致错误嘚服务而不会去等待操作超时或者永远不会不返回结果来提高系统的响应事件。如果熔断器设计计数机模式在每次状态切换的时候会发絀一个事件这种信息可以用来监控服务的运行状态，能够通知管理员在熔断器切换到断开状态时进行处理

可以对熔断器模式进行定制鉯适应一些可能会导致远程服务失败的特定场景。比如可以在熔断器中对超时时间使用不断增长的策略。在熔断器开始进入断开状态的時候可以设置超时时间为几秒钟，然后如果错误没有被解决然后将该超时时间设置为几分钟，依次类推在一些情况下，在断开状态丅我们可以返回一些错误的默认值而不是抛出异常。

在实现熔断器模式的时候以下这些因素需可能需要考虑：

• 异常处理：调用受熔断器保护的服务的时候，我们必须要处理当服务不可用时的异常情况这些异常处理通常需要视具体的业务情况而定。比如如果应用程序呮是暂时的功能降级，可能需要切换到其它的可替换的服务上来执行相同的任务或者获取相同的数据或者给用户报告错误然后提示他们稍后重试。
• 异常的类型：请求失败的原因可能有很多种一些原因可能会比其它原因更严重。比如请求会失败可能是由于远程的服务崩潰，这可能需要花费数分钟来恢复；也可能是由于服务器暂时负载过重导致超时熔断器应该能够检查错误的类型，从而根据具体的错误凊况来调整策略比如，可能需要很多次超时异常才可以断定需要切换到断开状态而只需要几次错误提示就可以判断服务不可用而快速切换到断开状态。
• 日志：熔断器应该能够记录所有失败的请求以及一些可能会尝试成功的请求，使得的管理员能够监控使用熔断器保护嘚服务的执行情况
• 测试服务是否可用：在断开状态下，熔断器可以采用定期的ping远程的服务或者资源来判断是否服务是否恢复，而不是使用计时器来自动切换到半断开状态这种ping操作可以模拟之前那些失败的请求，或者可以使用通过调用远程服务提供的检查服务是否可用嘚方法来判断
• 手动重置：在系统中对于失败操作的恢复时间是很难确定的，提供一个手动重置功能能够使得管理员可以手动的强制将熔斷器切换到闭合状态同样的，如果受熔断器保护的服务暂时不可用的话管理员能够强制的将熔断器设置为断开状态。
• 并发问题：相同嘚熔断器有可能被大量并发请求同时访问熔断器的实现不应该阻塞并发的请求或者增加每次请求调用的负担。
• 资源的差异性：使用单个熔断器时一个资源如果??有分布在多个地方就需要小心。比如一个数据可能存储在多个磁盘分区上(shard)，某个分区可以正常访问而另┅个可能存在暂时性的问题。在这种情况下不同的错误响应如果混为一谈，那么应用程序访问的这些存在问题的分区的失败的可能性就會高而那些被认为是正常的分区，就有可能被阻塞
• 加快熔断器的熔断操作:有时候，服务返回的错误信息足够让熔断器立即执行熔断操莋并且保持一段时间比如，如果从一个分布式资源返回的响应提示负载超重那么可以断定出不建议立即重试，而是应该等待几分钟后洅重试（HTTP协议定义了”HTTP 503 Service Unavailable”来表示请求的服务当前不可用，他可以包含其他信息比如超时等）
• 重复失败请求：当熔断器在断开状态的时候，熔断器可以记录每一次请求的细节而不是仅仅返回失败信息，这样当远程服务恢复的时候可以将这些失败的请求再重新请求一次。

• 防止应用程序直接调用那些很可能会调用失败的远程服务或共享资源

• 对于应用程序中的直接访问本地私有资源，比如内存中的数据结構如果使用熔断器模式只会增加系统额外开销。
• 不适合作为应用程序中业务逻辑的异常处理替代品

根据上面的状态切换图我们很容易實现一个基本的熔断器，只需要在内部维护一个状态机并定义好状态转移的规则，可以使用来实现首先，我们定义一个表示状态转移操作的抽象类CircuitBreakerState：

抽象类中状态机CircuitBreaker通过构造函数注入；当发生错误时，我们增加错误计数器并且重置连续成功计数器，在增加错误计数器操作中同时也记录了出错的异常信息。

然后在分別实现表示熔断器三个状态的类首先实现闭合状态CloseState：

在闭合状态下如果发生错误，并且错誤次数达到阈值则状态机切换到断开状态。断开状态OpenState的实现如下：

断开状态内部维护一个計数器，如果断开达到一定的时间则自动切换到版断开状态，并且在断开状态下，如果需要执行操作则直接抛出异常。

最后半断开Half-Open狀态实现如下：

切换到半断开状态时将连续成功调用计數重置为0，当执行成功的时候自增改字段，当达到连读调用成功次数的阈值时切换到闭合状态。如果调用失败立即切换到断开模式。

有了以上三种状态切换之后我们要实现CircuitBreaker类了:

然后，可以通过构造函数将在Close状态下最大失败次数HalfOpen状态下使用的最大连续成功次数，以忣Open状态下的超时时间通过构造函数传进来：

在初始状态下熔断器切换到闭合状态。

然后可以通过AttempCall调用，传入期望执行的代理方法该方法的执行受熔断器保护。这里使用了锁来处理并发问题

最后，提供Close和Open两个方法来手动切换当前状态

以上的熔断模式，我们可以对其建立单元测试

首先我们编写几个帮助类以模拟连续执行次数：

以下类用来抛出特定异常：

然后，使用NUnit可以建立如下Case：

这个Case模拟了熔断器中状态的转换首先初始化时，熔斷器处于闭合状态然后连续10次调用抛出异常，这时熔断器进去了断开状态然后让线程等待6秒，此时在第5秒的时候状态切换到了半断開状态。然后连续15次成功调用此时状态又切换到了闭合状态。

在应用系统中我们通常会去调用远程的服务或者资源(这些服务或资源通瑺是来自第三方)，对这些远程服务或者资源的调用通常会导致失败或者挂起没有响应，直到超时的产生在一些极端情况下，大量的请求会阻塞在对这些异常的远程服务的调用上会导致一些关键性的系统资源耗尽，从而导致级联的失败从而拖垮整个系统。熔断器模式茬内部采用状态机的形式使得对这些可能会导致请求失败的远程服务进行了包装，当远程服务发生异常时可以立即对进来的请求返回錯误响应，并告知系统管理员将错误控制在局部范围内，从而提高系统的稳定性和可靠性

本文首先介绍了熔断器模式使用的场景，能夠解决的问题以及需要考虑的因素，最后使用代码展示了如何实现一个简单的熔断器并且给出了测试用例，希望这些对您有帮助尤其是在当您的系统调用了外部的远程服务或者资源，同时访问量又很大的情况下对提高系统的稳定性和可靠性有所帮助

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