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在工作中經(jīng)過摸索實驗,總結(jié)出單片機大致應(yīng)用程序的架構(gòu)有三種

[復(fù)制鏈接]
ID:827139 發(fā)表于 2020-10-19 11:49 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
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. 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。
一、順序執(zhí)行法這種方法,這應(yīng)用程序比較簡單,實時性,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)雜一點的應(yīng)用程序,剛開始就是使用此法,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)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,方便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();                  // 初始化     while (1)
{
TaskDisplayClock();
keyValue = TaskKeySan();
switch (keyValue)
{
case x: TaskDispStatus(); break;
...
default: break;
}
}
}
二、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)介紹這種模式,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。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)一樣,中斷過于頻繁效率就低,中斷太長,實時性差)。 2. 定義一個數(shù)值:代 碼#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 TaskCount[TASK_NUM] ;           //  這里為三個任務(wù)定義三個變量來存放定時值uint8  TaskMark[TASK_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:代 碼/**************************************************************************************
* FunctionName : TimerInterrupt()
* Description : 定時中斷服務(wù)函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TimerInterrupt(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_NUM; i++)
{
if (TaskCount[ i])
{
TaskCount[ i]--;
if (TaskCount[ i] == 0)
{
TaskMark[ i] = 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:代 碼TaskCount[0] = 20;       // 延時20msTaskMark[0]  = 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TaskMark[0] 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:代 碼// 任務(wù)結(jié)構(gòu)
typedef struct _TASK_COMPONENTS
{
uint8 Run;                 // 程序運行標(biāo)記:0-不運行,1運行
uint8 Timer;              // 計時器
uint8 ItvTime;              // 任務(wù)運行間隔時間
void (*TaskHook)(void);    // 要運行的任務(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),這里獨立出來,并于移植和理解。代 碼/**************************************************************************************
* FunctionName   : 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)時間處理
{
if (TaskComps[ i].Timer)          // 時間不為0[ i]
{
TaskComps[ i].Timer--;         // 減去一個節(jié)拍
if (TaskComps[ i].Timer == 0)       // 時間減完了
{
TaskComps[ i].Timer = TaskComps[ i].ItvTime;       // 恢復(fù)計時器值,從新下一次
TaskComps[ i].Run = 1;           // 任務(wù)可以運行
}
}
}
}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:代 碼/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskProcess()
* Description    : 任務(wù)處理
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskProcess(void)
{
uint8 i;    for (i=0; i<TASKS_MAX; i++)           // 逐個任務(wù)時間處理
{
if (TaskComps[ i].Run)           // 時間不為0[ i]
{
TaskComps[ i].TaskHook();         // 運行任務(wù)
TaskComps[ i].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:
碼/**************************************************************************************
* Variable definition
**************************************************************************************/
static TASK_COMPONENTS TaskComps[] =
{
{0, 60, 60, TaskDisplayClock},            // 顯示時鐘
{0, 20, 20, TaskKeySan},               // 按鍵掃描
{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。①大概意思是,我們有三個任務(wù),沒1s執(zhí)行以下時鐘顯示,因為我們的時鐘最小單位是1s,所以在秒變化后才顯示一次就夠了。②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。③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。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:代 碼// 任務(wù)清單
typedef enum _TASK_LIST
{
TAST_DISP_CLOCK,            // 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)。。。。
TASKS_MAX                                           // 總的可供分配的定時任務(wù)數(shù)目
} TASK_LIST;好好看看,我們這里定義這個任務(wù)清單的目的其實就是參數(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):代 碼/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskDisplayClock()
* Description    : 顯示任務(wù)* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskDisplayClock(void)
{ }/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskKeySan()
* 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(void)
{}// 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):代 碼/**************************************************************************************
* FunctionName   : main()
* Description    : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
InitSys();                  // 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。。。。。。。。三、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)チ私狻5枪馐且浦捕际且患浅@щy的是,雖然有人說過“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,不僅是因為系統(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,因為不是一兩句話能過說明白的,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。代 碼/**************************************************************************************
* FunctionName   : main()
* Description    : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
OSInit();                // 初始化uCOS-II    OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskStart,        // 任務(wù)指針
(void   *) 0,            // 參數(shù)
(OS_STK *) &TaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針
(INT8U   ) TASK_START_PRIO);        // 任務(wù)優(yōu)先級    OSStart();                                       // 啟動多任務(wù)環(huán)境
return (0);
} 碼/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskStart()
* Description    : 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();                                       // Initialize the SysTick.#if (OS_TASK_STAT_EN > 0)
OSStatInit();                                               // 這東西可以測量CPU使用量
#endif OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskLed,     // 任務(wù)1
(void   *) 0,               // 不帶參數(shù)
(OS_STK *) &TaskLedStk[TASK_LED_STK_SIZE - 1],  // 堆棧指針
(INT8U   ) TASK_LED_PRIO);         // 優(yōu)先級 // Here the task of creating your

while (1)
{
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100);
}
}
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