1  引  言

　　這里的倒計(jì)時(shí)就是計(jì)算出從當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)需要經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)。從另一個(gè)角度講， 就是計(jì)算出兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差。

　　目前， 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　在體育比賽、公交系統(tǒng)乃至鐵路系統(tǒng)中出現(xiàn)了很多倒計(jì)時(shí)的時(shí)間顯示。就在前不久， 關(guān)于上海世博會(huì)的倒計(jì)時(shí)正式啟動(dòng)， 其精度精確到天。

　　在類似的應(yīng)用中， 大多數(shù)情況下， 倒計(jì)時(shí)功能(包括顯示功能)是由微控制器實(shí)現(xiàn)的。微控制器不同于桌面電腦或筆記本電腦， 其系統(tǒng)資源非常有限， 也不能安裝復(fù)雜的操作系統(tǒng)， 沒有現(xiàn)成的倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)可以應(yīng)用。下面將討論適合在微控制器中運(yùn)行的倒計(jì)時(shí)算法。

　　2  倒計(jì)時(shí)算法的兩種常用思路

　　關(guān)于倒計(jì)時(shí)的計(jì)算主要有兩種思路: 一是針對(duì)時(shí)間段倒計(jì)時(shí)， 二是針對(duì)目標(biāo)時(shí)間倒計(jì)時(shí)。

　　●針對(duì)時(shí)間段倒計(jì)時(shí)

　　時(shí)間段的含義就是兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差。對(duì)時(shí)間段倒計(jì)時(shí)就是先獲取兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差，然后隨著運(yùn)行時(shí)間的增加對(duì)該時(shí)間差按運(yùn)行時(shí)間遞減， 直至遞減為0， 表示倒計(jì)時(shí)結(jié)束。

　　例如， 微處理器對(duì)100天倒計(jì)時(shí)或者對(duì)100秒倒計(jì)時(shí)， 都屬于對(duì)時(shí)間段倒計(jì)時(shí)， 時(shí)間段分別是100天和100秒。當(dāng)然， 在實(shí)際計(jì)算時(shí)， 最好先把天換算為秒， 再按運(yùn)行時(shí)間遞減。

　　●針對(duì)目標(biāo)時(shí)間倒計(jì)時(shí)

　　該種思路與第一種思路最大的不同就是它獲取的不是時(shí)間差， 而是目標(biāo)時(shí)間， 微控制器須自行計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間與目標(biāo)時(shí)間的時(shí)間差。在這種情況下，隨著當(dāng)前時(shí)間的改變， 微控制器必須反復(fù)計(jì)算與目標(biāo)時(shí)間的時(shí)間差， 直至差值為0。

　　例如， 當(dāng)前時(shí)間是2009年5月10 日11點(diǎn)27分0秒， 微控制器獲取到目標(biāo)時(shí)間是2009年5月12日11點(diǎn)27分0秒， 則計(jì)算出當(dāng)前的時(shí)間差為2天。

　　然后， 當(dāng)前時(shí)間一旦改變， 微控制器就必須重新計(jì)算時(shí)間差， 直到當(dāng)前時(shí)間到達(dá)或超過2009年5月12日11點(diǎn)27分0秒。

　　●兩種思路的比較

　　( 1)獲取的時(shí)間參數(shù)不同

　　如前所述， 第一種思路獲取的是時(shí)間差， 第二種思路獲取的是目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)。

　　( 2)采取的算法不同

　　第一種思路的主要算法是按運(yùn)行時(shí)間對(duì)獲取的時(shí)間差進(jìn)行遞減運(yùn)算， 這實(shí)際是時(shí)間計(jì)時(shí)的逆運(yùn)算。

　　該算法牽涉到減法運(yùn)算與天、小時(shí)、分鐘、秒的時(shí)間規(guī)則運(yùn)算。

　　第二種思路的主要算法就是計(jì)算出兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差。該算法不僅牽涉到時(shí)間規(guī)則運(yùn)算，還牽涉到閏年的概念與多種算術(shù)運(yùn)算， 比第一種思路的算法復(fù)雜許多。此外， 由于該算法需要微控制器能夠隨時(shí)獲取當(dāng)前的準(zhǔn)確時(shí)間， 因此要求微處理器必須具備實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。

　　( 3)應(yīng)用范圍與靈活性不同

　　第一種思路的實(shí)現(xiàn)依靠對(duì)運(yùn)行時(shí)間的準(zhǔn)確把握。如果微控制器斷電或由于其它原因產(chǎn)生復(fù)位導(dǎo)致運(yùn)行中斷， 則從此刻起到下一次穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間無(wú)法掌控， 進(jìn)而導(dǎo)致倒計(jì)時(shí)運(yùn)算無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。因此， 該思路只適用于極短時(shí)間段的倒計(jì)時(shí)計(jì)算， 其可靠性與靈活性欠佳。

　　第二種思路的實(shí)現(xiàn)需要兩點(diǎn): 一是斷電保護(hù)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能， 這是為了微控制器能夠隨時(shí)讀取準(zhǔn)確時(shí)間; 二是非易失數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能， 這是為了微控制器可以長(zhǎng)時(shí)間保存目標(biāo)時(shí)間。滿足了這兩點(diǎn)要求， 微控制器就能夠可靠地實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)計(jì)算， 即使突然斷電或復(fù)位也不會(huì)受到影響。對(duì)于第一點(diǎn)要求，不管使用外置時(shí)鐘還是內(nèi)置時(shí)鐘， 只要配置電池就可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于第二點(diǎn)要求， 當(dāng)前的主流微控制器大都配置FLASH存儲(chǔ)功能， 也可以輕松滿足。

　　可見， 針對(duì)目標(biāo)時(shí)間的倒計(jì)時(shí)算法在可靠性與靈活性上極具優(yōu)勢(shì)， 對(duì)微控制器的要求也不苛刻。

　　下面就闡述該算法的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)。

　　3  針對(duì)目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的倒計(jì)時(shí)算法實(shí)現(xiàn)

　　如前所述， 該算法主要是計(jì)算當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)與目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差。具體思路就是先選擇一個(gè)參考時(shí)間點(diǎn)， 然后分別計(jì)算出這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)與參考時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差， 再把這兩個(gè)時(shí)間差相減就得到這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差。

　　下面分三部分描述該算法: 時(shí)間格式的建立; 計(jì)算時(shí)間點(diǎn)到參考時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差; 時(shí)間差相減算法。

　　( 1)時(shí)間格式的建立

　　有兩種時(shí)間格式， 一是時(shí)間點(diǎn)的格式; 一是時(shí)間差的格式。時(shí)間點(diǎn)的格式按年月日時(shí)分秒排列， 其中年份為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)， 其余為8 位無(wú)符號(hào)整數(shù)。時(shí)間差格式按天時(shí)分秒排列， 天數(shù)為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)， 其余為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)。

　　( 2)到參考時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差算法

　　該算法有兩個(gè)重點(diǎn)， 一是參考時(shí)間點(diǎn)的選取， 二是根據(jù)閏年規(guī)則對(duì)時(shí)間差中的天數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

　　關(guān)于參考時(shí)間點(diǎn)的選取， 應(yīng)符合兩個(gè)原則: 一是方便閏年的計(jì)算， 二是方便時(shí)間差的計(jì)算。在這里，選取2001年1月1日0時(shí)0分0秒為參考時(shí)間點(diǎn)。

　　圖1是時(shí)間點(diǎn)到該參考時(shí)間點(diǎn)算法的示例代碼，pT mi e是指向時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針， pResult是指向時(shí)間差的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針。下面對(duì)該段代碼逐條說明。

圖1  天數(shù)時(shí)間差參考代碼

　　圖1- 1定義了一個(gè)數(shù)組， 它的12個(gè)元素對(duì)應(yīng)1月份到12月份所累積的天數(shù)。請(qǐng)注意兩點(diǎn)， 一是該天數(shù)不包括本月份的天數(shù)， 二是二月份的天數(shù)按28天計(jì)。

　　圖1- 2是計(jì)算時(shí)間點(diǎn)與參考時(shí)間點(diǎn)的年份、月份與日期的差值。

　　圖1- 3 是初步計(jì)算天數(shù)差。在這里應(yīng)用到了圖1- 1定義的數(shù)組與圖1- 2的計(jì)算結(jié)果。首先，按照每年365天來(lái)計(jì)算天數(shù)， 再按照閏年個(gè)數(shù)補(bǔ)償天數(shù)， 最后按月份日期的差值計(jì)算本年度過的天數(shù)。

　　代碼中的( Y earId /4) 就是初步的閏年補(bǔ)償計(jì)算， 補(bǔ)償規(guī)則就是把年份差被4整除的值視為經(jīng)過的閏年個(gè)數(shù)， 也就是要補(bǔ)償?shù)奶鞌?shù)。

　　圖1- 4是根據(jù)世紀(jì)年(也就是能被100整除的年份)的閏年判斷規(guī)則對(duì)圖1- 3的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校正。這是因?yàn)閳D1- 3 進(jìn)行的閏年補(bǔ)償計(jì)算所依據(jù)的是非世紀(jì)年的閏年判斷規(guī)則， 這一規(guī)則在判斷世紀(jì)年是否為閏年時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生誤差。在這里， 對(duì)該步驟算法采用了條件編譯， 這是考慮到該計(jì)算牽涉到真正的多字節(jié)除法， 比較耗時(shí)， 設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)際需要決定是否運(yùn)行該計(jì)算。

　　圖1- 5是判斷時(shí)間點(diǎn)的年份是否閏年， 進(jìn)而進(jìn)行最后的天數(shù)調(diào)整。請(qǐng)注意， 在圖1- 3與圖1- 4的計(jì)算中， 只計(jì)算了度過的年份中包含了多少個(gè)閏年， 這其中不包含時(shí)間點(diǎn)本身的年份。在本計(jì)算中，先調(diào)用函數(shù)判斷時(shí)間點(diǎn)年份是否閏年， 再根據(jù)時(shí)間點(diǎn)的月份是否超過2月決定是否對(duì)天數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

　　圖1 - 6是記錄時(shí)間差結(jié)果。因?yàn)閰⒖紩r(shí)間點(diǎn)的時(shí)分秒選擇的是0時(shí)0分0秒， 所以時(shí)間差的時(shí)分秒也就是時(shí)間點(diǎn)的時(shí)分秒。

　　圖2是閏年判斷函數(shù)的參考代碼。該函數(shù)提供了兩種判斷計(jì)算， 一種是關(guān)于閏年規(guī)則的完整判斷，即當(dāng)年份不能被100整除時(shí)， 能被4整除的是閏年;當(dāng)年份能被100整除時(shí)， 必須能被400 整除才是閏年。另一種是簡(jiǎn)易判斷， 即把能被4整除的年份視為閏年(當(dāng)然， 該判斷只在年份不能被100整除時(shí)才正確)。這兩種計(jì)算的復(fù)雜程度與應(yīng)用條件不同， 設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要自行選擇。

圖2  閏年檢測(cè)函數(shù)參考代碼

　　請(qǐng)注意， 如果參考時(shí)間點(diǎn)選擇的不是2001年1月1日0時(shí)0分0秒， 則上述算法需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

　　( 3)時(shí)間差相減算法時(shí)間差相減算法的主要處理方法是按時(shí)間規(guī)則進(jìn)行借位相減。

　　圖3 是完整的時(shí)間差借位相減的參考代碼， 其前提是時(shí)間差中的天數(shù)差不為0。代碼中pT im e0是指向目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)與參考時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針， pT ime1是指向當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)與參考時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針。

　　下面對(duì)圖3的代碼逐條分析。

　　圖3- 1 就是按時(shí)間規(guī)則進(jìn)行時(shí)間借位。其實(shí)質(zhì)是小時(shí)單位向天數(shù)單位借1天， 增加24小時(shí); 分鐘單位向小時(shí)單位借1小時(shí)， 增加60分鐘; 秒單位向分鐘單位借1分鐘， 增加60秒。

　　圖3- 2是時(shí)間差相減。注意， 因?yàn)樘鞌?shù)差被借走一天， 所以要減1。

　　圖3- 3 是根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)位補(bǔ)償。因?yàn)榻?jīng)過借位， 相減的結(jié)果有可能超過時(shí)間單位的上限，此時(shí)就要按時(shí)間規(guī)則進(jìn)位。

　　請(qǐng)注意， 圖3代碼是以天數(shù)為最高時(shí)間單位的借位計(jì)算， 可以根據(jù)實(shí)際需要把最大的時(shí)間單位設(shè)為小時(shí)或分鐘。

　　在實(shí)際的時(shí)間差相減計(jì)算中， 為了避免負(fù)值的出現(xiàn)， 應(yīng)先從天數(shù)開始對(duì)兩個(gè)時(shí)間差的時(shí)間單位比較數(shù)值大小， 其結(jié)果按三種情況處理。

　　( 1)若當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間單位超過目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間單位， 表明倒計(jì)時(shí)結(jié)束。

　　( 2)若兩個(gè)時(shí)間單位相同， 當(dāng)時(shí)間單位為秒時(shí)，表明倒計(jì)時(shí)結(jié)束， 否則進(jìn)入次一級(jí)時(shí)間單位的判斷。

　　( 3)若當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間單位小于目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間單位， 則視此時(shí)間單位為最高時(shí)間單位， 進(jìn)行借位相減計(jì)算。

　　由此， 即可計(jì)算出兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的精確時(shí)間差。

圖3  時(shí)間差借位相減參考代碼。

　　4  結(jié)束語(yǔ)

　　在上面的介紹中， 先討論了倒計(jì)時(shí)的兩種算法，再擇優(yōu)對(duì)其中一種算法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。該算法已在實(shí)際項(xiàng)目中獲得應(yīng)用， 其計(jì)時(shí)準(zhǔn)確， 工作穩(wěn)定。