单片机中基于时间片的多任务的实现

2019-04-15 18:06发布生成海报

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前言： 最近朋友问我一个单片机问题，他写了一个单片机程序实现了两组LED灯的闪烁，他说着两组LED灯的闪烁有先后顺序，他问我能不能设计一个程序，让着两组LED灯的独立闪烁。我当时想了想，用两个定时器可以实现它这个功能。但是由于我做硬件比较少，觉得配置定时器太麻烦，就在技术群里咨询了一下，以杭州的大神（网名：迷你强）给了建议：用时间片来实现多任务，并举了个详细的例子。于是今天（2016年12月13日）我借了个STM32F103ZET的板子设计并验证了时间片是可行的多任务方案。废话好多，下面进入正题。先讲讲时间片的概念吧以下这段来自百度：时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间，使各个程序从表面上看是同时进行的。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。而不会造成CPU资源浪费。在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。OK，不懂可以先往下看。 1.首先，定义一个表示的任务的结构体：

           typedef struct _Task_Struct
           {
              u8 isRun;        //表示任务是否在运行
              u16 TimerSlice;   //·分配给任务的时间片
              u16 SliceNumber;   //时间片的个数，在TimerSlice为0时，将其赋值给TimerSlice重新计数
              void (*TaskPointer)(void* parameter);   //任务的函数指针
           }Task_Struct,*Task_Struct_Pointer;

2.然后定义要执行的任务，即函数，这里简单起见，定义了四个task：

void task1(void* parameter)
{
     printf("LED is blinking.
");
}


void task2(void* parameter)
{
    printf("LCD is Running.
");
}


void task3(void* parameter)
{
    printf("A file is downloading.
");
}


void task4(void* parameter)
{
   printf("A key is pressing.
");
}

3.定义任务数组，并初始化，用于保存任务的信息：

Task_Struct tasks[] = 
{
   {0,200,200,task1},  //用各个任务的函数名初始化
   {0,60,60,task2},
   {0,100,100,task3},
   {0,10,10,task4}
};

4.保存所有执行的任务数量： u32 task_count = sizeof(tasks) / sizeof(Task_Struct);
5.随便初始化一个定时器，我这里用了定时器3：

#define IN
#define OUT

void Timer3_Init(IN u16 period,IN u16 prescaler)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct;
    NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);

    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Prescaler = prescaler;//定时器的预分频系数
    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Period = period;//定时器的计数值
    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3,TIM_TimeBaseInitStruct);
    TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许更新中断

    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级
    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
    NVIC_Init(NVIC_InitStructure); //中断初始化

    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能定时器

}

6.定时器中断：

 void TIM3_IRQHandler(void)//TIMER3中断
{
    u8 i = 0;
    if (RESET != TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update))//检查TIM3更新中断发生与否
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
        for (i=0; i < task_count; ++i) //遍历任务数组
        {
            if (tasks[i].TimerSlice)  //判断时间片是否到了
            {
                 --tasks[i].TimerSlice;
                 if (0 == tasks[i].TimerSlice) //时间片到了
                 {
                      tasks[i].isRun = 0x01;//置位  表示任务可以执行
                      tasks[i].TimerSlice = tasks[i].SliceNumber; //重新加载时间片值，为下次做准备
                  }
            }
        }
     }
}

在定时器中断中对任务结构体的TimerSlice递减，定时器没中断一次TimerSlice减一。当TimerSlice减到0时，将任务结构体的isRun置位，表示任务可执行，该标志在Task_Process函数中会用到。 7.任务调度函数：

 void Task_Process()
{
     u8 i = 0;
     for (i=0; i < task_count; ++i) //遍历任务数组
     {
         if (tasks[i].isRun) //若任务可执行，则执行任务
         {
             tasks[i].TaskPointer(NULL);
             tasks[i].isRun = 0;//将标志位清零
         }
     }
}

8.在main函数中调用Task_Proccess函数即可，

int main(void)
{
       u8 t = 0;
       SystemInit();
       delay_init();
       NVIC_Configuration();
       uart_init(9600);
       Timer3_Init(7999,7199);
       while (1)
       {
          Task_Process();
       }
      return 0;
}

   到此，一个简单的时间片就实现了。蟹蟹大家，如有不对之处，请大家批评指正；如有雷同，纯属巧合。再次感谢！！！程序运行结果如下： A key is pressing.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LED is blinking.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  LED is blinking.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  LED is blinking.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  A key is pressing.
  LCD is Running. 可见，程序实现了多任务的并行。

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