一个 MCU 的硬件定时器数量有限，但超时需求很多：按键长按、通信重试、传感器采样、状态机等待和看门狗监督都需要各自的截止时间。软件定时器把这些截止时间组织到统一数据结构中，由一个时基推进；关键在于选择合适的结构，并把“发现到期”和“执行回调”分开。

注册超时与回调→插入定时器结构→Tick/硬件比较到期→取出到期项→任务上下文执行回调
时间图定时器数据结构负责排序，到期回调由安全的执行上下文负责。
绝对到期点比反复累减相对计数更容易处理漂移和重排。有序链表实现简单，适合定时器数量很少的设备。最小堆快速找到最近到期项，适合动态数量较多的场景。时间轮适合粒度固定、数量较大的周期任务。中断标记到期时只转移状态或唤醒任务，不执行耗时逻辑。取消与重启必须定义回调正在执行时取消会产生什么结果。

到期不等于现在就执行回调

如果在 Tick 中断里执行网络发送、Flash 写入或复杂状态机，所有更高优先级中断都会被拖慢。中断应记录到期标记或投递事件；后台任务在可控上下文里执行回调。这样回调耗时、队列积压和失败处理都能观察到，也不会把定时器误写成隐藏的任务调度器。

回绕和竞态必须写进接口语义

硬件计数器会回绕，比较时间点时需要使用能处理有符号差值的方式，不能简单比较两个无符号整数大小。取消、重启和销毁定时器时，还要与中断和回调执行路径同步。一个清楚的接口会说明：取消成功后回调是否保证不再执行，还是只保证不会再次周期触发。

回绕比较有适用条件

对 32 位单调 tick，可用有符号差值判断是否到期，但前提是任意定时区间小于计数范围的一半。接口若允许更长超时，就要扩展计数位宽或在每次回绕时维护高位。

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static bool time_reached(uint32_t now, uint32_t deadline)
{
    return (int32_t)(now - deadline) >= 0;
}

void timer_isr(uint32_t now)
{
    while (heap_size() && time_reached(now, heap_min()->deadline)) {
        timer_t *timer = heap_pop();
        timer->state = TIMER_PENDING;
        enqueue_timer_event_from_isr(timer);
    }
}

回调开始前应把状态从 pending 原子地改成 running。取消函数遇到 running 时，是等待回调结束、返回 busy，还是只阻止下一周期，必须由接口文档固定。否则调用者释放回调参数后，后台任务仍可能访问旧地址。

周期定时器还要定义补偿方式。用“本次执行时刻加周期”会逐步积累回调延迟；用“上一次 deadline 加周期”能维持相位，但过载后可能连续补执行。控制任务通常需要限制追赶次数，并记录 missed deadline。

证据边界

本文没有给某种数据结构下绝对结论。定时器数量、注册频率、tick 粒度、回调上下文和 MCU 算力都会改变取舍。MultiTimer 是可参考实现，是否满足中断安全、回绕范围和取消语义，应以所用版本源码和目标负载测试为准。

参考：MultiTimer