别被野路子带偏了，说说正经嵌入式工程师开发常用的3种架构

以下是在校期间做的寝室防盗系统的部分代码（当时也存在部分BUG，没有解决。现在再看，其实很多问题，而且比较严重，比如中断服务函数内竟然有3000ms延时，这太可怕了，还有串口发送等等；由于实时性要求不算太高，因此主函数中的毫秒级别延时对系统运行没有多大影响，当然除BUG外；若是后期需要维护，那就是一个大工程，还不如推翻重写)：

int main(void)

{

u8 temperature;

u8 humidity;

int a;

delay_init();

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

I2c_init();

uart2_Init(9600);

uart_init(9600);//串口初始化为115200

TIM3_Int_Init(4999,7199);

ds1302_init();

while(DHT11_Init())//DHT11初始化

{

led2=0;

}

a1602_init();

Ds1302Init();

EXTIX_Init();

GPIOX_Init();

lcd12864_INIT();

LcdInit();

beep_init();

RED_Init();

led1=1;

beep=0;

while(1)

{

for(a=0;a<11;a++)

{

num[a+3]=At24c02Read(a+2)-208;

delay_us(10);

}

for(a=0;a<6;a++)

{

shuru[a]=At24c02Read(a+13)-208;

delay_us(10);

}

delay_ms(10);

RED_Scan();

Ds1302ReadTime(); //读取ds1302的日期时间

shi=At24c02Read(0); //读取闹钟保存的数据

delay_ms(10);

fen=At24c02Read(1); //读取闹钟保存的数据

usart2_scan(); //蓝牙数据扫描

usart2_bian(); //蓝牙处理数据

usart2_gai();

nao_scan();

k++;

if(k<20)

{

if(k==1)

LcdWriteCom(0x01);//清屏

LcdDisplay(); //显示日期时间

}

if(RED==0)

RED_Scan();

if(k>=20&&k<30)

{

if(k==20)

LcdWriteCom(0x01); //清屏

Lcddisplay(); //显示温湿度

LcdWriteCom(0x80+6);

DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); //读取温湿度值

Temp=temperature;Humi=humidity;

LcdWriteData('0'+temperature/10);

LcdWriteData('0'+temperature%10);

LcdWriteCom(0x80+0X40+6);

LcdWriteData('0'+humidity/10);

LcdWriteData('0'+humidity%10);

}

if(k==30)

k=0;

lcd12864(); //显示防盗闹钟状态

}

}

//定时器3中断服务程序

void TIM3_IRQHandler(void)//TIM3中断

{

int i;

if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM3更新中断发生与否

{

TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);//清除TIMx更新中断标志

if(key1==1&&FEN-fen==0&&SHI-shi==0)//时间一到闹钟响起

{

f=1;

}

if(key1==0||FEN-fen!=0||SHI-shi!=0)

else

{

f=0;

}

if(USART_RX_BUF[0]=='R'&&USART_RX_BUF[1]=='I'&&USART_RX_BUF[2]=='N'&&USART_RX_BUF[3]=='G')

{

key0=1;

for(i=0;i<17;i++)

{

USART_SendData(USART1, num[i]);//向串口1发送数据

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束

USART_RX_STA=0;

}

delay_ms(3000);

for(i=0;i<3;i++)

{

USART_SendData(USART1, num1[i]);//向串口1发送数据

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待发送结束

USART_RX_STA=0;

}

}

}

}

二、时间片论法

介于前后台顺序执行法和操作系统之间的一种程序架构设计方案。该设计方案需能帮助嵌入式软件开发者更上一层楼，在嵌入式软件开发过程中，若遇到以下几点，那么该设计方案可以说是最优选择，适用于程序较复杂的嵌入式系统；

·目前的需求设计需要完全没有必要上操作系统。

·任务函数无需时刻执行，存在间隔时间(比如按键，一般情况下，都需要软件防抖，初学者的做法通常是延时10ms左右再去判断，但10ms极大浪费了CPU的资源，在这段时间内CPU完全可以处理很多其他事情)

·实时性有一定的要求。

该设计方案需要使用一个定时器，一般情况下定时1ms即可（定时时间可随意定，但中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差），因此需要考虑到每个任务函数的执行时间，建议不能超过1ms（能通过程序优化缩短执行时间则最好优化，如果不能优化的，则必须保证该任务的执行周期必须远大于任务所执行的耗时时间），同时要求主循环或任务函数中不能存在毫秒级别的延时。

“

如何确定每个函数的任务周期呢？根据任务的耗时和效果决定、如按键扫描任务周期为 10ms(为了提高响应)，指示灯控制任务周期为 100ms（通常情况下最高100ms的闪烁频率正好，特殊需求除外)，LCD/OLED显示周期为 100ms(通过这种通过SPI/IIC等接口的方式耗时大约在 1~10ms，甚至更长，所以任务周期必须远大于耗时，同时为了满足人眼所能接受的刷屏效果，也不能太长，100ms的任务周期比较合适)等。

”

以下介绍两种不同的实现方案，分别针对无函数指针概念的朋友和想进一步学习的朋友。

1、无函数指针的设计方式

/**

* @brief 主函数.

* @param None.

* @return None.

*/

int main(void)

{

System_Init();

while (1)

{

if (TIM_1msFlag)// 1ms

{

CAN_CommTask(); // CAN发送/接收通信任务

TIM_1msFlag = 0;

}

if (TIM_10msFlag) // 10ms

{

KEY_ScanTask(); //按键扫描处理任务

TIM_10msFlag = 0;

}

if (TIM_20msFlag) // 20ms

{

LOGIC_HandleTask();//逻辑处理任务

TIM_20msFlag = 0;

}

if (TIM_100msFlag) // 100ms

{

LED_CtrlTask(); //指示灯控制任务

TIM_100msFlag = 0;

}

if (TIM_500msFlag)// 500ms

{

TIM_500msFlag = 0;

}

if (TIM_1secFlag) // 1s

{

WDog_Task(); //喂狗任务

TIM_1secFlag = 0;

}

}

}

/**

* @brief 定时器3中断服务函数.

* @param None.

* @return None.

*/

void TIM3_IRQHandler(void)

{

if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update) == SET) //溢出中断

{

sg_1msTic++;

sg_1msTic % 1 == 0 ? TIM_1msFlag = 1 : 0;

sg_1msTic % 10 == 0 ? TIM_10msFlag = 1 : 0;

sg_1msTic % 20 == 0 ? TIM_20msFlag = 1 : 0;

sg_1msTic % 100 == 0 ? TIM_100msFlag = 1 : 0;

sg_1msTic % 500 == 0 ? TIM_500msFlag = 1 : 0;

sg_1msTic % 1000 == 0 ? (TIM_1secFlag = 1, sg_1msTic = 0) : 0;

}

TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); //清除中断标志位

}

2、含函数指针的设计方式

/**

* @brief任务函数相关信息结构体定义.

*/

typedefstruct{

uint8 m_runFlag; /*!<程序运行标记：0-不运行，1运行 */

uint16 m_timer; /*!<计时器 */

uint16 m_itvTime; /*!<任务运行间隔时间 */

void (*m_pTaskHook)(void); /*!<要运行的任务函数 */

} TASK_InfoType;

#define TASKS_MAX 5 //定义任务数目

/**任务函数相关信息 */

static TASK_InfoType sg_tTaskInfo[TASKS_MAX] = {

{0, 1, 1, CAN_CommTask}, // CAN通信任务

{0, 10, 10, KEY_ScanTask}, //按键扫描任务

{0, 20, 20, LOGIC_HandleTask}, //逻辑处理任务

{0, 100, 100, LED_CtrlTask}, //指示灯控制任务

{0, 1000, 1000, WDog_Task}, //喂狗任务

};

/**

* @brief 任务函数运行标志处理.

* @note 该函数由1ms定时器中断调用

* @param None.

* @return None.

*/

void TASK_Remarks(void)

{

uint8 i;

for (i = 0; i

{

if (sg_tTaskInfo[i].m_timer)

{

sg_tTaskInfo[i].m_timer--;

if (0 == sg_tTaskInfo[i].m_timer)

{

sg_tTaskInfo[i].m_timer = sg_tTaskInfo[i].m_itvTime;

sg_tTaskInfo[i].m_runFlag = 1;

}

}

}

}

/**

* @brief 任务函数运行处理.

* @note 该函数由主循环调用

* @param None.

* @return None.

*/

void TASK_Process(void)

{

uint8 i;

for (i = 0; i

{

if (sg_tTaskInfo[i].m_runFlag)

{

sg_tTaskInfo[i].m_pTaskHook(); //运行任务

sg_tTaskInfo[i].m_runFlag = 0; //标志清0

}

}

}

/**

* @brief 主函数.

* @param None.

* @return None.

*/

int main(void)

{

System_Init();

while (1)

{

TASK_Process();

}

}

/**

* @brief 定时器3中断服务函数.

* @param None.

* @return None.

*/

void TIM3_IRQHandler(void)

{

if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update) == SET) //溢出中断

{

TASK_Remarks();

}

TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);//清除中断标志位

}

三、操作系统

嵌入式操作系统EOS(Embedded OperatingSystem)是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域，而对于单片机来说，比较常用的有UCOS、FreeRTOS、RT-ThreadNano和RTX等多种抢占式操作系统(其他如Linux等操作系统不适用于单片机)

操作系统和“时间片论法”，在任务执行方面来说，操作系统对每个任务的耗时没有过多的要求，需要通过设置每个任务的优先级，在高优先级的任务就绪时，会抢占低优先级的任务；操作系统相对复杂，因此这里没有详细介绍了。

关于如何选择合适的操作系统(uCOS、FreeRTOS、RTThread、RTX等RTOS的对比之特点：

·uCOS:网上资料丰富，非常适合学习，但是在产品上使用则需要收费。

·FreeRTOS：使用免费，因此很多产品都在用。

·RT-Thread：国产物联网操作系统，有着十分丰富的组件，也免费，资料：RT-Thread文档中心。

·RTX:为ARM和Cortex-M设备设计的免版税，确定性的实时操作系统。

借网上一张对比图：

四、总结

从上述的对比中可以看出，时间片轮询法的优势还是比较大的，它既有前后台顺序执行法的优点，也有操作系统的优点。结构清晰，简单，非常容易理解，所以这种是比较常用的单片机设计框架。

END