淺談單片機(jī)應(yīng)用程序架構(gòu)(原創(chuàng))

1、時間片輪詢法的架構(gòu)：        對于單片機(jī)程序來說，大家都不陌生，但是真正使用架構(gòu)，考慮架構(gòu)的恐怕并不多，隨著程序開發(fā)的不斷增多，本人覺得架構(gòu)是非常必要的。前不就發(fā)帖與大家一起討論了一下談?wù)勗鯓蛹軜?gòu)你的單片機(jī)程序，發(fā)現(xiàn)真正使用架構(gòu)的并不都，而且這類書籍基本沒有。        本人經(jīng)過摸索實(shí)驗(yàn)，并總結(jié)，大致應(yīng)用程序的架構(gòu)有三種：1. 簡單的前后臺順序執(zhí)行程序，這類寫法是大多數(shù)人使用的方法，不需用思考程序的具體架構(gòu)，直接通過執(zhí)行順序編寫應(yīng)用程序即可。2.

2、 時間片輪詢法，此方法是介于順序執(zhí)行與操作系統(tǒng)之間的一種方法。3. 操作系統(tǒng)，此法應(yīng)該是應(yīng)用程序編寫的最高境界。下面就分別談?wù)勥@三種方法的利弊和適應(yīng)范圍等。1. 順序執(zhí)行法：        這種方法，這應(yīng)用程序比較簡單，實(shí)時性，并行性要求不太高的情況下是不錯的方法，程序設(shè)計簡單，思路比較清晰。但是當(dāng)應(yīng)用程序比較復(fù)雜的時候，如果沒有一個完整的流程圖，恐怕別人很難看懂程序的運(yùn)行狀態(tài)，而且隨著程序功能的增加，編寫應(yīng)用程序的工程師的大腦也開始混亂。即不利于升級維護(hù)，也不利于代碼優(yōu)化。本人寫個幾個比較復(fù)雜一點(diǎn)的應(yīng)用程序，剛開始就是使用

3、此法，最終雖然能夠?qū)崿F(xiàn)功能，但是自己的思維一直處于混亂狀態(tài)。導(dǎo)致程序一直不能讓自己滿意。        這種方法大多數(shù)人都會采用，而且我們接受的教育也基本都是使用此法。對于我們這些基本沒有學(xué)習(xí)過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，程序架構(gòu)的單片機(jī)工程師來說，無疑很難在應(yīng)用程序的設(shè)計上有一個很大的提高，也導(dǎo)致了不同工程師編寫的應(yīng)用程序很難相互利于和學(xué)習(xí)。       本人建議，如果喜歡使用此法的網(wǎng)友，如果編寫比較復(fù)雜的應(yīng)用程序，一定要先理清頭腦，設(shè)計好完整的流程圖再編寫程序，否則后果很嚴(yán)重。當(dāng)

4、然應(yīng)該程序本身很簡單，此法還是一個非常必須的選擇。 下面就寫一個順序執(zhí)行的程序模型，方面和下面兩種方法對比：代碼:/* FunctionName   : main()* Description    : 主函數(shù)* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/int main(void)      uint8 keyValue;    InitSys();  &

5、#160;               / 初始化    while (1)            TaskDisplayClock();        keyValue = TaskKeySan();     

6、;   switch (keyValue)                   case x: TaskDispStatus(); break;            .           

7、; default: break;            2. 時間片輪詢法        時間片輪詢法，在很多書籍中有提到，而且有很多時候都是與操作系統(tǒng)一起出現(xiàn)，也就是說很多時候是操作系統(tǒng)中使用了這一方法。不過我們這里要說的這個時間片輪詢法并不是掛在操作系統(tǒng)下，而是在前后臺程序中使用此法。也是本貼要詳細(xì)說明和介紹的方法。        對于時間片輪詢法，雖

8、然有不少書籍都有介紹，但大多說得并不系統(tǒng)，只是提提概念而已。下面本人將詳細(xì)介紹本人模式，并參考別人的代碼建立的一個時間片輪詢架構(gòu)程序的方法，我想將給初學(xué)者有一定的借鑒性。        記得在前不久本人發(fā)帖1個定時器多處復(fù)用的問題，由于時間的問題，并沒有詳細(xì)說明怎樣實(shí)現(xiàn)1個定時器多處復(fù)用。在這里我們先介紹一下定時器的復(fù)用功能。使用1個定時器，可以是任意的定時器，這里不做特殊說明，下面假設(shè)有3個任務(wù)，那么我們應(yīng)該做如下工作： 1. 初始化定時器，這里假設(shè)定時器的定時中斷為1ms(當(dāng)然你可以改成10ms，這個和操作系統(tǒng)

9、一樣，中斷過于頻繁效率就低，中斷太長，實(shí)時性差)。 2. 定義一個數(shù)值：#define TASK_NUM   (3)                  /  這里定義的任務(wù)數(shù)為3，表示有三個任務(wù)會使用此定時器定時。 uint16 TaskCountTASK_NUM         

10、;   /  這里為三個任務(wù)定義三個變量來存放定時值uint8  TaskMarkTASK_NUM;             /  同樣對應(yīng)三個標(biāo)志位，為0表示時間沒到，為1表示定時時間到。3. 在定時器中斷服務(wù)函數(shù)中添加：/* FunctionName : TimerInterrupt()* Description : 定時中斷服務(wù)函數(shù)* EntryParameter : None* ReturnValue : N

11、one*/void TimerInterrupt(void)    uint8 i;    for (i=0; i<TASKS_NUM; i+)             if (TaskCounti)                   

12、60;   TaskCounti-;               if (TaskCounti = 0)                             

13、;      TaskMarki = 0x01;                           代碼解釋：定時中斷服務(wù)函數(shù)，在中斷中逐個判斷，如果定時值為0了，表示沒有使用此定時器或此定時器已經(jīng)完成定時，不著處理。否則定時器減一，知道為零時，相應(yīng)標(biāo)志位值1，表示此任務(wù)的定時值到了。 4. 在我

14、們的應(yīng)用程序中，在需要的應(yīng)用定時的地方添加如下代碼，下面就以任務(wù)1為例：TaskCount0 = 20;       / 延時20msTaskMark0  = 0x00;     / 啟動此任務(wù)的定時器到此我們只需要在任務(wù)中判斷TaskMark0 是否為0x01即可。其他任務(wù)添加相同，至此一個定時器的復(fù)用問題就實(shí)現(xiàn)了。用需要的朋友可以試試，效果不錯哦。 通過上面對1個定時器的復(fù)用我們可以看出，在等待一個定時的到來的同時我們可以循環(huán)判斷標(biāo)志位，同時

15、也可以去執(zhí)行其他函數(shù)。 循環(huán)判斷標(biāo)志位：那么我們可以想想，如果循環(huán)判斷標(biāo)志位，是不是就和上面介紹的順序執(zhí)行程序是一樣的呢？一個大循環(huán)，只是這個延時比普通的for循環(huán)精確一些，可以實(shí)現(xiàn)精確延時。 執(zhí)行其他函數(shù)：那么如果我們在一個函數(shù)延時的時候去執(zhí)行其他函數(shù)，充分利用CPU時間，是不是和操作系統(tǒng)有些類似了呢？但是操作系統(tǒng)的任務(wù)管理和切換是非常復(fù)雜的。下面我們就將利用此方法架構(gòu)一直新的應(yīng)用程序。 時間片輪詢法的架構(gòu)：1.設(shè)計一個結(jié)構(gòu)體： / 任務(wù)結(jié)構(gòu)typedef struct _TASK_COMPONENTS    uint8

16、Run;                 / 程序運(yùn)行標(biāo)記：0-不運(yùn)行，1運(yùn)行    uint8 Timer;              / 計時器    uint8 ItvTime;      &#

17、160;       / 任務(wù)運(yùn)行間隔時間    void (*TaskHook)(void);    / 要運(yùn)行的任務(wù)函數(shù) TASK_COMPONENTS;       / 任務(wù)定義這個結(jié)構(gòu)體的設(shè)計非常重要，一個用4個參數(shù)，注釋說的非常詳細(xì)，這里不在描述。2. 任務(wù)運(yùn)行標(biāo)志出來，此函數(shù)就相當(dāng)于中斷服務(wù)函數(shù)，需要在定時器的中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)，這里獨(dú)立出來，并于移植和理解。/* Fu

18、nctionName   : TaskRemarks()* Description    : 任務(wù)標(biāo)志處理* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/void TaskRemarks(void)    uint8 i;    for (i=0; i<TASKS_MAX; i+)          / 逐個任務(wù)時

19、間處理             if (TaskCompsi.Timer)          / 時間不為0                    TaskCompsi.Timer-;   

20、      / 減去一個節(jié)拍            if (TaskCompsi.Timer = 0)       / 時間減完了                     

21、0;       TaskCompsi.Timer = TaskCompsi.ItvTime;       / 恢復(fù)計時器值，從新下一次                 TaskCompsi.Run = 1;         &#

22、160; / 任務(wù)可以運(yùn)行                        大家認(rèn)真對比一下次函數(shù)，和上面定時復(fù)用的函數(shù)是不是一樣的呢？ 3. 任務(wù)處理/* FunctionName   : TaskProcess()* Description    : 任務(wù)處理* EntryParameter : None* ReturnVal

23、ue    : None*/void TaskProcess(void)    uint8 i;    for (i=0; i<TASKS_MAX; i+)           / 逐個任務(wù)時間處理             if (TaskCompsi.Run)  

24、0;        / 時間不為0                     TaskCompsi.TaskHook();         / 運(yùn)行任務(wù)         &

25、#160;   TaskCompsi.Run = 0;          / 標(biāo)志清0                此函數(shù)就是判斷什么時候該執(zhí)行那一個任務(wù)了，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的管理操作，應(yīng)用者只需要在main()函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)就可以了，并不需要去分別調(diào)用和處理任務(wù)函數(shù)。 到此，一個時間片輪詢應(yīng)用程序的架構(gòu)就建好了，大家看看是不是非常簡單呢？此

26、架構(gòu)只需要兩個函數(shù)，一個結(jié)構(gòu)體，為了應(yīng)用方面下面將再建立一個枚舉型變量。 下面我就就說說怎樣應(yīng)用吧，假設(shè)我們有三個任務(wù)：時鐘顯示，按鍵掃描，和工作狀態(tài)顯示。 1. 定義一個上面定義的那種結(jié)構(gòu)體變量/* Variable definition                            */

27、static TASK_COMPONENTS TaskComps =     0, 60, 60, TaskDisplayClock,            / 顯示時鐘    0, 20, 20, TaskKeySan,               / 按鍵掃描 &#

28、160;  0, 30, 30, TaskDispStatus,            / 顯示工作狀態(tài)     / 這里添加你的任務(wù)。; 在定義變量時，我們已經(jīng)初始化了值，這些值的初始化，非常重要，跟具體的執(zhí)行時間優(yōu)先級等都有關(guān)系，這個需要自己掌握。 大概意思是，我們有三個任務(wù)，沒1s執(zhí)行以下時鐘顯示，因?yàn)槲覀兊臅r鐘最小單位是1s，所以在秒變化后才顯示一次就夠了。由于按鍵在按下時會參數(shù)抖動，而我們知道一般按鍵的抖動

29、大概是20ms，那么我們在順序執(zhí)行的函數(shù)中一般是延伸20ms，而這里我們每20ms掃描一次，是非常不錯的出來，即達(dá)到了消抖的目的，也不會漏掉按鍵輸入。為了能夠顯示按鍵后的其他提示和工作界面，我們這里設(shè)計每30ms顯示一次，如果你覺得反應(yīng)慢了，你可以讓這些值小一點(diǎn)。后面的名稱是對應(yīng)的函數(shù)名，你必須在應(yīng)用程序中編寫這函數(shù)名稱和這三個一樣的任務(wù)。 2. 任務(wù)列表/ 任務(wù)清單typedef enum _TASK_LIST    TAST_DISP_CLOCK,        

30、0;   / 顯示時鐘    TAST_KEY_SAN,             / 按鍵掃描    TASK_DISP_WS,             / 工作狀態(tài)顯示     / 這里添加你的任務(wù)。   &

31、#160; TASKS_MAX                                           / 總的可供分配的定時任務(wù)數(shù)目 TASK_LIST;好好看看，我

32、們這里定義這個任務(wù)清單的目的其實(shí)就是參數(shù)TASKS_MAX的值，其他值是沒有具體的意義的，只是為了清晰的表面任務(wù)的關(guān)系而已。 3. 編寫任務(wù)函數(shù) /* FunctionName   : TaskDisplayClock()* Description    : 顯示任務(wù)* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/void TaskDisplayClock(void) /* FunctionName   : TaskK

33、eySan()* Description    : 掃描任務(wù)* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/void TaskKeySan(void)/* FunctionName   : TaskDispStatus()* Description    : 工作狀態(tài)顯示* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/void TaskDispStatus(vo

34、id) / 這里添加其他任務(wù)。 現(xiàn)在你就可以根據(jù)自己的需要編寫任務(wù)了。 4. 主函數(shù) /* FunctionName   : main()* Description    : 主函數(shù)* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/int main(void)      InitSys();       

35、0;          / 初始化    while (1)            TaskProcess();             / 任務(wù)處理     到此我們的時間片輪詢這個應(yīng)用程序的架構(gòu)就完成了，你只需要在我

36、們提示的地方添加你自己的任務(wù)函數(shù)就可以了。是不是很簡單啊，有沒有點(diǎn)操作系統(tǒng)的感覺在里面？        不防試試把，看看任務(wù)之間是不是相互并不干擾？并行運(yùn)行呢？當(dāng)然重要的是，還需要，注意任務(wù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時，需要采用全局變量，除此之外還需要注意劃分任務(wù)以及任務(wù)的執(zhí)行時間，在編寫任務(wù)時，盡量讓任務(wù)盡快執(zhí)行完成。3.操作系統(tǒng)        操作系統(tǒng)的本身是一個比較復(fù)雜的東西，任務(wù)的管理，執(zhí)行本事并不需要我們?nèi)チ私?。但是光是移植都是一件非常困難的是，雖然有人說

37、過“你如果使用過系統(tǒng)，將不會在去使用前后臺程序”。但是真正能使用操作系統(tǒng)的人并不多，不僅是因?yàn)橄到y(tǒng)的使用本身很復(fù)雜，而且還需要購買許可證（ucos也不例外，如果商用的話）。        這里本人并不想過多的介紹操作系統(tǒng)本身，因?yàn)椴皇且粌删湓捘苓^說明白的，下面列出UCOS下編寫應(yīng)該程序的模型。大家可以對比一下，這三種方式下的各自的優(yōu)缺點(diǎn)。/* FunctionName   : main()* Description    : 主函數(shù)* EntryParameter : Non

38、e* ReturnValue    : None*/int main(void)      OSInit();                / 初始化uCOS-II    OSTaskCreate(void (*) (void *) TaskStart,       

39、 / 任務(wù)指針                (void   *) 0,            / 參數(shù)                (OS_STK *) &T

40、askStartStkTASK_START_STK_SIZE - 1, / 堆棧指針                (INT8U   ) TASK_START_PRIO);        / 任務(wù)優(yōu)先級    OSStart();        &#

41、160;                              / 啟動多任務(wù)環(huán)境                   

42、60;                        return (0);  復(fù)制內(nèi)容到剪貼板 代碼:/* FunctionName   : TaskStart()          * Description

43、0;   : 任務(wù)創(chuàng)建，只創(chuàng)建任務(wù)，不完成其他工作* EntryParameter : None* ReturnValue    : None*/void TaskStart(void* p_arg)    OS_CPU_SysTickInit();