浅谈单片机应用程序架构.doc

本人经过摸索实验，并总结，大致应浅谈单片机应用程序架构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多，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.前后台顺序执行法：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：/*FunctionName:main()*Description:主函数*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/intmain(void)uint8keyValue;InitSys();/初始化while(1)TaskDisplayClock();keyValue=TaskKeySan();switch(keyValue)casex:TaskDispStatus();break;.default:break;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：#defineTASK_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。uint16TaskCountTASK_NUM/ 这里为三个任务定义三个变量来存放定时值uint8TaskMarkTASK_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：/*FunctionName:TimerInterrupt()*Description:定时中断服务函数*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTimerInterrupt(void)uint8i;for(i=0;iif(TaskCounti)TaskCounti-;if(TaskCounti=0)TaskMarki=0x01;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：TaskCount0=20;/延时20msTaskMark0=0x00;/启动此任务的定时器到此我们只需要在任务中判断TaskMark0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：/任务结构typedefstruct_TASK_COMPONENTSuint8Run;/程序运行标记：0-不运行，1运行uint8Timer;/计时器uint8ItvTime;/任务运行间隔时间void(*TaskHook)(void);/要运行的任务函数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。/*FunctionName:TaskRemarks()*Description:任务标志处理*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTaskRemarks(void)uint8i;for(i=0;i逐个任务时间处理if(TaskCompsi.Timer)/时间不为0TaskCompsi.Timer-;/减去一个节拍if(TaskCompsi.Timer=0)/时间减完了TaskCompsi.Timer=TaskCompsi.ItvTime;/恢复计时器值，从新下一次TaskCompsi.Run=1;/任务可以运行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/*FunctionName:TaskProcess()*Description:任务处理*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTaskProcess(void)uint8i;for(i=0;i逐个任务时间处理if(TaskCompsi.Run)/时间不为0TaskCompsi.TaskHook();/运行任务TaskCompsi.Run=0;/标志清0此函数就是判断什么时候该执行那一个任务了，实现任务的管理操作，应用者只需要在main()函数中调用此函数就可以了，并不需要去分别调用和处理任务函数。到此，一个时间片轮询应用程序的架构就建好了，大家看看是不是非常简单呢？此架构只需要两个函数，一个结构体，为了应用方面下面将再建立一个枚举型变量。下面我就说说怎样应用吧，假设我们有三个任务：时钟显示，按键扫描，和工作状态显示。1.定义一个上面定义的那种结构体变量/*Variabledefinition*/staticTASK_COMPONENTSTaskComps=0,60,60,TaskDisplayClock,/显示时钟0,20,20,TaskKeySan,/按键扫描0,30,30,TaskDispStatus,/显示工作状态/这里添加你的任务。;在定义变量时，我们已经初始化了值，这些值的初始化，非常重要，跟具体的执行时间优先级等都有关系，这个需要自己掌握。大概意思是，我们有三个任务，每1s执行以下时钟显示，因为我们的时钟最小单位是1s，所以在秒变化后才显示一次就够了。由于按键在按下时会参数抖动，而我们知道一般按键的抖动大概是20ms，那么我们在顺序执行的函数中一般是延伸20ms，而这里我们每20ms扫描一次，是非常不错的出来，即达到了消抖的目的，也不会漏掉按键输入。为了能够显示按键后的其他提示和工作界面，我们这里设计每30ms显示一次，如果你觉得反应慢了，你可以让这些值小一点。后面的名称是对应的函数名，你必须在应用程序中编写这函数名称和这三个一样的任务。2.任务列表/任务清单typedefenum_TASK_LISTTAST_DISP_CLOCK,/显示时钟TAST_KEY_SAN,/按键扫描TASK_DISP_WS,/工作状态显示/这里添加你的任务。TASKS_MAX/总的可供分配的定时任务数目TASK_LIST;好好看看，我们这里定义这个任务清单的目的其实就是参数TASKS_MAX的值，其他值是没有具体的意义的，只是为了清晰的表面任务的关系而已。3.编写任务函数/*FunctionName:TaskDisplayClock()*Description:显示任务*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTaskDisplayClock(void)/*FunctionName:TaskKeySan()*Description:扫描任务*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTaskKeySan(void)/*FunctionName:TaskDispStatus()*Description:工作状态显示*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTaskDispStatus(void)/这里添加其他任务。现在你就可以根据自己的需要编写任务了。4.主函数/*FunctionName:main()*Description:主函数*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/intmain(void)InitSys();/初始化while(1)TaskProcess();/任务处理到此我们的时间片轮询这个应用程序的架构就完成了，你只需要在我们提示的地方添加你自己的任务函数就可以了。是不是很简单啊，有没有点操作系统的感觉在里面？不防试试把，看看任务之间是不是相互并不干扰？并行运行呢？当然重要的是，还需要，注意任务之间进行数据传递时，需要采用全局变量，除此之外还需要注意划分任务以及任务的执行时间，在编写任务时，尽量让任务尽快执行完成。3.操作系统操作系统的本身是一个比较复杂的东西，任务的管理，执行本事并不需要我们去了解。但是光是移植都是一件非常困难的是，虽然有人说过“你如果使用过系统，将不会在去使用前后台程序”。但是真正能使用操作系统的人并不多，不仅是因为系统的使用本身很复杂，而且还需要购买许可证（ucos也不例外，如果商用的话）。这里本人并不想过多的介绍操作系统本身，因为不是一两句话能过说明白的，下面列出UCOS下编写应该程序的模型。大家可以对比一下，这三种方式下的各自的优缺点。/*FunctionName:main()*Description:主函数*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/intmain(void)OSInit();/初始化uCOS-IIOSTaskCreate(void(*)(void*)TaskStart,/任务指针(void*)0,/参数(OS_STK*)&TaskStartStkTASK_START_STK_SIZE-1,/堆栈指针(INT8U)TASK_START_PRIO);/任务优先级OSStart();/启动多任务环境return(0);/*FunctionName:TaskStart()*Description:任务创建，只创建任务，不完成其他工作*EntryParameter:None*ReturnValue:None*/voidTaskStart(void*p_arg)OS_CPU_SysTickInit();/InitializetheSysTick.#if(OS_TAS