在工做中通過摸索實驗,總結出單片機大體應用程序的架構有三種:html
1. 簡單的先後臺順序執行程序,這類寫法是大多數人使用的方法,不需用思考程序的具體架構,直接經過執行順序編寫應用程序便可。數據結構
2. 時間片輪詢法,此方法是介於順序執行與操做系統之間的一種方法。架構
3. 操做系統,此法應該是應用程序編寫的最高境界。函數
下面就分別談談這三種方法的利弊和適應範圍等。學習
這種方法,這應用程序比較簡單,實時性,並行性要求不過高的狀況下是不錯的方法,程序設計簡單,思路比較清晰。可是當應用程序比較複雜的時候,若是沒有一個完整的流程圖,恐怕別人很難看懂程序的運行狀態,並且隨着程序功能的增長,編寫應用程序的工程師的大腦也開始混亂。即不利於升級維護,也不利於代碼優化。本人寫個幾個比較複雜一點的應用程序,剛開始就是使用此法,最終雖然可以實現功能,可是本身的思惟一直處於混亂狀態。致使程序一直不能讓本身滿意。優化
這種方法大多數人都會採用,並且咱們接受的教育也基本都是使用此法。對於咱們這些基本沒有學習過數據結構,程序架構的單片機工程師來講,無疑很難在應用程序的設計上有一個很大的提升,也致使了不一樣工程師編寫的應用程序很難相互利於和學習。ui
本人建議,若是喜歡使用此法的網友,若是編寫比較複雜的應用程序,必定要先理清頭腦,設計好完整的流程圖再編寫程序,不然後果很嚴重。固然應該程序自己很簡單,此法仍是一個很是必須的選擇。spa
下面就寫一個順序執行的程序模型,方便和下面兩種方法對比:操作系統
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : main() 3 * Description : 主函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 8 int main(void) 9 { 10 uint8 keyValue; 11 12 InitSys(); // 初始化 13 14 while (1) 15 { 16 TaskDisplayClock(); 17 keyValue = TaskKeySan(); 18 switch (keyValue) 19 { 20 case x: TaskDispStatus(); break; 21 ... 22 default: break; 23 } 24 } 25 }
時間片輪詢法,在不少書籍中有提到,並且有不少時候都是與操做系統一塊兒出現,也就是說不少時候是操做系統中使用了這一方法。不過咱們這裏要說的這個時間片輪詢法並非掛在操做系統下,而是在先後臺程序中使用此法。也是本貼要詳細說明和介紹的方法。設計
對於時間片輪詢法,雖然有很多書籍都有介紹,但大多說得並不系統,只是提提概念而已。下面本人將詳細介紹這種模式,並參考別人的代碼創建的一個時間片輪詢架構程序的方法,我想將給初學者有必定的借鑑性。
使用1個定時器,能夠是任意的定時器,這裏不作特殊說明,下面假設有3個任務,那麼咱們應該作以下工做:
1. 初始化定時器,這裏假設定時器的定時中斷爲1ms(固然你能夠改爲10ms,這個和操做系統同樣,中斷過於頻繁效率就低,中斷太長,實時性差)。
2. 定義一個數值:
1 #define TASK_NUM (3) // 這裏定義的任務數爲3,表示有三個任務會使用此定時器定時。 2 3 uint16 TaskCount[TASK_NUM] ; // 這裏爲三個任務定義三個變量來存放定時值 4 uint8 TaskMark[TASK_NUM]; // 一樣對應三個標誌位,爲0表示時間沒到,爲1表示定時時間到。
3. 在定時器中斷服務函數中添加:
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TimerInterrupt() 3 * Description : 定時中斷服務函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TimerInterrupt(void) 8 { 9 uint8 i; 10 11 for (i=0; i<TASKS_NUM; i++) 12 { 13 if (TaskCount[i]) 14 { 15 TaskCount[i]--; 16 if (TaskCount[i] == 0) 17 { 18 TaskMark[i] = 0x01; 19 } 20 } 21 } 22 }
代碼解釋:定時中斷服務函數,在中斷中逐個判斷,若是定時值爲0了,表示沒有使用此定時器或此定時器已經完成定時,不着處理。不然定時器減一,知道爲零時,相應標誌位值1,表示此任務的定時值到了。
4. 在咱們的應用程序中,在須要的應用定時的地方添加以下代碼,下面就以任務1爲例:
1 TaskCount[0] = 20; // 延時20ms 2 TaskMark[0] = 0x00; // 啓動此任務的定時器
到此咱們只須要在任務中判斷TaskMark[0] 是否爲0x01便可。其餘任務添加相同,至此一個定時器的複用問題就實現了。用須要的朋友能夠試試,效果不錯哦。。。。。。。。。。。
經過上面對1個定時器的複用咱們能夠看出,在等待一個定時的到來的同時咱們能夠循環判斷標誌位,同時也能夠去執行其餘函數。
循環判斷標誌位:
那麼咱們能夠想一想,若是循環判斷標誌位,是否是就和上面介紹的順序執行程序是同樣的呢?一個大循環,只是這個延時比普通的for循環精確一些,能夠實現精確延時。
執行其餘函數:
那麼若是咱們在一個函數延時的時候去執行其餘函數,充分利用CPU時間,是否是和操做系統有些相似了呢?可是操做系統的任務管理和切換是很是複雜的。下面咱們就將利用此方法架構一直新的應用程序。
1.設計一個結構體:
1 // 任務結構 2 typedef struct _TASK_COMPONENTS 3 { 4 uint8 Run; // 程序運行標記:0-不運行,1運行 5 uint8 Timer; // 計時器 6 uint8 ItvTime; // 任務運行間隔時間 7 void (*TaskHook)(void); // 要運行的任務函數 8 } TASK_COMPONENTS; // 任務定義
這個結構體的設計很是重要,一個用4個參數,註釋說的很是詳細,這裏不在描述。
2. 任務運行標誌出來,此函數就至關於中斷服務函數,須要在定時器的中斷服務函數中調用此函數,這裏獨立出來,並於移植和理解。
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TaskRemarks() 3 * Description : 任務標誌處理 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TaskRemarks(void) 8 { 9 uint8 i; 10 for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐個任務時間處理 11 { 12 if (TaskComps[i].Timer) // 時間不爲0 13 { 14 TaskComps[i].Timer--; // 減去一個節拍 15 if (TaskComps[i].Timer == 0) // 時間減完了 16 { 17 TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime; // 恢復計時器值,重新下一次 18 TaskComps[i].Run = 1; // 任務能夠運行 19 } 20 } 21 } 22 }
你們認真對比一下次函數,和上面定時複用的函數是否是同樣的呢?
3. 任務處理:
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TaskProcess() 3 * Description : 任務處理 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TaskProcess(void) 8 { 9 uint8 i; 10 for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐個任務時間處理 11 { 12 if (TaskComps[i].Run) // 時間不爲0 13 { 14 TaskComps[i].TaskHook(); // 運行任務 15 TaskComps[i].Run = 0; // 標誌清0 16 } 17 } 18 }
此函數就是判斷何時該執行那一個任務了,實現任務的管理操做,應用者只須要在main()函數中調用此函數就能夠了,並不須要去分別調用和處理任務函數。
到此,一個時間片輪詢應用程序的架構就建好了,你們看看是否是很是簡單呢?此架構只須要兩個函數,一個結構體,爲了應用方面下面將再創建一個枚舉型變量。
1. 定義一個上面定義的那種結構體變量:
1 /************************************************************************************** 2 * Variable definition 3 **************************************************************************************/ 4 static TASK_COMPONENTS TaskComps[] = 5 { 6 {0, 60, 60, TaskDisplayClock}, // 顯示時鐘 7 {0, 20, 20, TaskKeySan}, // 按鍵掃描 8 {0, 30, 30, TaskDispStatus}, // 顯示工做狀態 9 // 這裏添加你的任務。。。。 10 };
在定義變量時,咱們已經初始化了值,這些值的初始化,很是重要,跟具體的執行時間優先級等都有關係,這個須要本身掌握。
①大概意思是,咱們有三個任務,沒1s執行如下時鐘顯示,由於咱們的時鐘最小單位是1s,因此在秒變化後才顯示一次就夠了。
②因爲按鍵在按下時會參數抖動,而咱們知道通常按鍵的抖動大概是20ms,那麼咱們在順序執行的函數中通常是延伸20ms,而這裏咱們每20ms掃描一次,是很是不錯的出來,即達到了消抖的目的,也不會漏掉按鍵輸入。
③爲了可以顯示按鍵後的其餘提示和工做界面,咱們這裏設計每30ms顯示一次,若是你以爲反應慢了,你可讓這些值小一點。後面的名稱是對應的函數名,你必須在應用程序中編寫這函數名稱和這三個同樣的任務。
2. 任務列表:
1 // 任務清單 2 typedef enum _TASK_LIST 3 { 4 TAST_DISP_CLOCK, // 顯示時鐘 5 TAST_KEY_SAN, // 按鍵掃描 6 TASK_DISP_WS, // 工做狀態顯示 7 // 這裏添加你的任務。。。。 8 TASKS_MAX // 總的可供分配的定時任務數目 9 } TASK_LIST;
好好看看,咱們這裏定義這個任務清單的目的其實就是參數TASKS_MAX的值,其餘值是沒有具體的意義的,只是爲了清晰的表面任務的關係而已。
3. 編寫任務函數:
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TaskDisplayClock() 3 * Description : 顯示任務 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TaskDisplayClock(void) 8 { 9 10 } 11 /************************************************************************************** 12 * FunctionName : TaskKeySan() 13 * Description : 掃描任務 14 * EntryParameter : None 15 * ReturnValue : None 16 **************************************************************************************/ 17 void TaskKeySan(void) 18 { 19 20 } 21 /************************************************************************************** 22 * FunctionName : TaskDispStatus() 23 * Description : 工做狀態顯示 24 * EntryParameter : None 25 * ReturnValue : None 26 **************************************************************************************/ 27 void TaskDispStatus(void) 28 { 29 30 }
// 這裏添加其餘任務。。。。。。。。。
如今你就能夠根據本身的須要編寫任務了。
4. 主函數:
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : main() 3 * Description : 主函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 int main(void) 8 { 9 InitSys(); // 初始化 10 while (1) 11 { 12 TaskProcess(); // 任務處理 13 } 14 }
到此咱們的時間片輪詢這個應用程序的架構就完成了,你只須要在咱們提示的地方添加你本身的任務函數就能夠了。是否是很簡單啊,有沒有點操做系統的感受在裏面?
不防試試把,看看任務之間是否是相互並不干擾?並行運行呢?固然重要的是,還須要,注意任務之間進行數據傳遞時,須要採用全局變量,除此以外還須要注意劃分任務以及任務的執行時間,在編寫任務時,儘可能讓任務儘快執行完成。。。。。。。。
操做系統的自己是一個比較複雜的東西,任務的管理,執行本事並不須要咱們去了解。可是光是移植都是一件很是困難的是,雖然有人說過「你若是使用過系統,將不會在去使用先後臺程序」。可是真正能使用操做系統的人並很少,不只是由於系統的使用自己很複雜,並且還須要購買許可證(ucos也不例外,若是商用的話)。
這裏本人並不想過多的介紹操做系統自己,由於不是一兩句話能過說明白的,下面列出UCOS下編寫應該程序的模型。你們能夠對比一下,這三種方式下的各自的優缺點。
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : main() 3 * Description : 主函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 int main(void) 8 { 9 OSInit(); // 初始化uCOS-II 10 OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskStart, // 任務指針 11 (void *) 0, // 參數 12 (OS_STK *) &TaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針 13 (INT8U ) TASK_START_PRIO); // 任務優先級 14 OSStart(); // 啓動多任務環境 15 16 return (0); 17 } 18 19 代 碼 20 /************************************************************************************** 21 * FunctionName : TaskStart() 22 * Description : 任務建立,只建立任務,不完成其餘工做 23 * EntryParameter : None 24 * ReturnValue : None 25 **************************************************************************************/ 26 void TaskStart(void* p_arg) 27 { 28 OS_CPU_SysTickInit(); // Initialize the SysTick. 29 #if (OS_TASK_STAT_EN > 0) 30 OSStatInit(); // 這東西能夠測量CPU使用量 31 #endif 32 OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskLed, // 任務1 33 (void *) 0, // 不帶參數 34 (OS_STK *) &TaskLedStk[TASK_LED_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針 35 (INT8U ) TASK_LED_PRIO); // 優先級 36 // Here the task of creating your 37 38 while (1) 39 { 40 OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100); 41 } 42 }
不難看出,時間片輪詢法優點仍是比較大的,即由順序執行法的優勢,也有操做系統的優勢。結構清晰,簡單,很是容易理解。