浅谈单片机应用程序架构

2019-04-15 17:31发布

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对于单片机程序来说，大家都不陌生，但是真正使用架构，考虑架构的恐怕并不多，随着程序开发的不断增多，本人觉得架构是非常必要的。前不就发帖与大家一起讨论了一下《谈谈怎样架构你的单片机程序》，发现真正使用架构的并不都，而且这类书籍基本没有。           本人经过摸索实验，并总结，大致应用程序的架构有三种：   1. 简单的前后台顺序执行程序，这类写法是大多数人使用的方法，不需用思考程序的具体架构，直接通过执行顺序编写应用程序即可。   2. 时间片轮询法，此方法是介于顺序执行与操作系统之间的一种方法。   3. 操作系统，此法应该是应用程序编写的最高境界。   下面就分别谈谈这三种方法的利弊和适应范围等

1. 顺序执行法：          这种方法，这应用程序比较简单，实时性，并行性要求不太高的情况下是不错的方法，程序设计简单，思路比较清晰。但是当应用程序比较复杂的时候，如果没有一个完整的流程图，恐怕别人很难看懂程序的运行状态，而且随着程序功能的增加，编写应用程序的工程师的大脑也开始混乱。即不利于升级维护，也不利于代码优化。本人写个几个比较复杂一点的应用程序，刚开始就是使用此法，最终虽然能够实现功能，但是自己的思维一直处于混乱状态。导致程序一直不能让自己满意。          这种方法大多数人都会采用，而且我们接受的教育也基本都是使用此法。对于我们这些基本没有学习过数据结构，程序架构的单片机工程师来说，无疑很难在应用程序的设计上有一个很大的提高，也导致了不同工程师编写的应用程序很难相互利于和学习。            本人建议，如果喜欢使用此法的网友，如果编写比较复杂的应用程序，一定要先理清头脑，设计好完整的流程图再编写程序，否则后果很严重。当然应该程序本身很简单，此法还是一个非常必须的选择。   下面就写一个顺序执行的程序模型，方面和下面两种方法对比：

[cpp] view plain copy
  1. /************************************************************************************** 
  2. * FunctionName   : main() 
  3. * Description    : 主函数 
  4. * EntryParameter : None 
  5. * ReturnValue    : None 
  6. **************************************************************************************/  
  7. int main(void)   
  8. {   
  9.     uint8 keyValue;  
  10.    
  11.     InitSys();                  // 初始化  
  12.    
  13.     while (1)  
  14.     {  
  15.         TaskDisplayClock();  
  16.         keyValue = TaskKeySan();  
  17.         switch (keyValue)  
  18.        {  
  19.             case x: TaskDispStatus(); break;  
  20.             ...  
  21.             default: break;  
  22.         }  
  23.     }  
  24. }  


2. 时间片轮询法          时间片轮询法，在很多书籍中有提到，而且有很多时候都是与操作系统一起出现，也就是说很多时候是操作系统中使用了这一方法。不过我们这里要说的这个时间片轮询法并不是挂在操作系统下，而是在前后台程序中使用此法。也是本贴要详细说明和介绍的方法。          对于时间片轮询法，虽然有不少书籍都有介绍，但大多说得并不系统，只是提提概念而已。下面本人将详细介绍本人模式，并参考别人的代码建立的一个时间片轮询架构程序的方法，我想将给初学者有一定的借鉴性。          记得在前不久本人发帖《1个定时器多处复用的问题》，由于时间的问题，并没有详细说明怎样实现1个定时器多处复用。在这里我们先介绍一下定时器的复用功能。。。   使用1个定时器，可以是任意的定时器，这里不做特殊说明，下面假设有3个任务，那么我们应该做如下工作：   1. 初始化定时器，这里假设定时器的定时中断为1ms(当然你可以改成10ms，这个和操作系统一样，中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差)。   2. 定义一个数值： [cpp] view plain copy
  1. #define TASK_NUM   (3)                  //  这里定义的任务数为3，表示有三个任务会使用此定时器定时。  
  2.    
  3. uint16 TaskCount[TASK_NUM] ;           //  这里为三个任务定义三个变量来存放定时值  
  4. uint8  TaskMark[TASK_NUM];             //  同样对应三个标志位，为0表示时间没到，为1表示定时时间到。  

3. 在定时器中断服务函数中添加：
[cpp] view plain copy
  1. /************************************************************************************** 
  2. * FunctionName : TimerInterrupt() 
  3. * Description : 定时中断服务函数 
  4. * EntryParameter : None 
  5. * ReturnValue : None 
  6. **************************************************************************************/  
  7. void TimerInterrupt(void)  
  8. {  
  9.     uint8 i;  
  10.   
  11.     for (i=0; i
  12.     {  
  13.         if (TaskCount[i])   
  14.         {  
  15.               TaskCount[i]--;   
  16.               if (TaskCount[i] == 0)   
  17.               {  
  18.                     TaskMark[i] = 0x01;   
  19.               }  
  20.         }  
  21.    }  
  22. }  

代码解释：定时中断服务函数，在中断中逐个判断，如果定时值为0了，表示没有使用此定时器或此定时器已经完成定时，不着处理。否则定时器减一，知道为零时，相应标志位值1，表示此任务的定时值到了。   4. 在我们的应用程序中，在需要的应用定时的地方添加如下代码，下面就以任务1为例：
[cpp] view plain copy
  1. TaskCount[0] = 20;       // 延时20ms  
  2. TaskMark[0]  = 0x00;     // 启动此任务的定时器  

到此我们只需要在任务中判断TaskMark[0] 是否为0x01即可。其他任务添加相同，至此一个定时器的复用问题就实现了。用需要的朋友可以试试，效果不错哦。。。。。。。。。。。   通过上面对1个定时器的复用我们可以看出，在等待一个定时的到来的同时我们可以循环判断标志位，同时也可以去执行其他函数。   循环判断标志位： 那么我们可以想想，如果循环判断标志位，是不是就和上面介绍的顺序执行程序是一样的呢？一个大循环，只是这个延时比普通的for循环精确一些，可以实现精确延时。   执行其他函数： 那么如果我们在一个函数延时的时候去执行其他函数，充分利用CPU时间，是不是和操作系统有些类似了呢？但是操作系统的任务管理和切换是非常复杂的。下面我们就将利用此方法架构一直新的应用程序。   时间片轮询法的架构：   1.设计一个结构体： [cpp] view plain copy
  1. // 任务结构  
  2. typedef struct _TASK_COMPONENTS  
  3. {  
  4.     uint8 Run;                 // 程序运行标记：0-不运行，1运行  
  5.     uint8 Timer;              // 计时器  
  6.     uint8 ItvTime;              // 任务运行间隔时间  
  7.     void (*TaskHook)(void);    // 要运行的任务函数  
  8. } TASK_COMPONENTS;       // 任务定义  

这个结构体的设计非常重要，一个用4个参数，注释说的非常详细，这里不在描述。   2. 任务运行标志出来，此函数就相当于中断服务函数，需要在定时器的中断服务函数中调用此函数，这里独立出来，并于移植和理解。   [cpp] view plain copy
  1. /************************************************************************************** 
  2. * FunctionName   : TaskRemarks() 
  3. * Description    : 任务标志处理 
  4. * EntryParameter : None 
  5. * ReturnValue    : None 
  6. **************************************************************************************/  
  7. void TaskRemarks(void)  
  8. {  
  9.     uint8 i;  
  10.     for (i=0; i// 逐个任务时间处理  
  11.     {  
  12.          if (TaskComps[i].Timer)          // 时间不为0  
  13.         {  
  14.             TaskComps[i].Timer--;         // 减去一个节拍  
  15.             if (TaskComps[i].Timer == 0)       // 时间减完了  
  16.             {  
  17.                  TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime;       // 恢复计时器值，从新下一次  
  18.                  TaskComps[i].Run = 1;           // 任务可以运行  
  19.             }  
  20.         }  
  21.    }  
  22. }  

大家认真对比一下次函数，和上面定时复用的函数是不是一样的呢？   3. 任务处理 [cpp] view plain copy
  1. /************************************************************************************** 
  2. * FunctionName   : TaskProcess() 
  3. * Description    : 任务处理 
  4. * EntryParameter : None&nbs

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