別被野路子帶偏了，說說正經嵌入式工程師開發常用的3種架構

以下是在校期間做的寢室防盜系統的部分代碼（當時也存在部分BUG，沒有解決。現在再看，其實很多問題，而且比較嚴重，比如中斷服務函數內竟然有3000ms延時，這太可怕了，還有串口發送等等；由於實時性要求不算太高，因此主函數中的毫秒級別延時對系統運行沒有多大影響，當然除BUG外；若是後期需要維護，那就是一個大工程，還不如推翻重寫)：

int main(void)

{

u8 temperature;

u8 humidity;

int a;

delay_init();

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

I2c_init();

uart2_Init(9600);

uart_init(9600);//串口初始化為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(); //讀取ds1302的日期時間

shi=At24c02Read(0); //讀取鬧鐘保存的數據

delay_ms(10);

fen=At24c02Read(1); //讀取鬧鐘保存的數據

usart2_scan(); //藍牙數據掃描

usart2_bian(); //藍牙處理數據

usart2_gai();

nao_scan();

k++;

if(k<20)

{

if(k==1)

LcdWriteCom(0x01);//清屏

LcdDisplay(); //顯示日期時間

}

if(RED==0)

RED_Scan();

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

{

if(k==20)

LcdWriteCom(0x01); //清屏

Lcddisplay(); //顯示溫濕度

LcdWriteCom(0x80+6);

DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity); //讀取溫濕度值

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(); //顯示防盜鬧鐘狀態

}

}

//定時器3中斷服務程序

void TIM3_IRQHandler(void)//TIM3中斷

{

int i;

if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //檢查TIM3更新中斷髮生與否

{

TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);//清除TIMx更新中斷標志

if(key1==1&&FEN-fen==0&&SHI-shi==0)//時間一到鬧鐘響起

{

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發送數據

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待發送結束

USART_RX_STA=0;

}

delay_ms(3000);

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

{

USART_SendData(USART1, num1[i]);//向串口1發送數據

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)!=SET);//等待發送結束

USART_RX_STA=0;

}

}

}

}

二、時間片論法

介於前後台順序執行法和作業系統之間的一種程序架構設計方案。該設計方案需能幫助嵌入式軟體開發者更上一層樓，在嵌入式軟體開發過程中，若遇到以下幾點，那麼該設計方案可以說是最優選擇，適用於程序較複雜的嵌入式系統；

·目前的需求設計需要完全沒有必要上作業系統。

·任務函數無需時刻執行，存在間隔時間(比如按鍵，一般情況下，都需要軟體防抖，初學者的做法通常是延時10ms左右再去判斷，但10ms極大浪費了CPU的資源，在這段時間內CPU完全可以處理很多其他事情)

·實時性有一定的要求。

該設計方案需要使用一個定時器，一般情況下定時1ms即可（定時時間可隨意定，但中斷過於頻繁效率就低，中斷太長，實時性差），因此需要考慮到每個任務函數的執行時間，建議不能超過1ms（能通過程序優化縮短執行時間則最好優化，如果不能優化的，則必須保證該任務的執行周期必須遠大於任務所執行的耗時時間），同時要求主循環或任務函數中不能存在毫秒級別的延時。

「

如何確定每個函數的任務周期呢？根據任務的耗時和效果決定、如按鍵掃描任務周期為 10ms(為了提高響應)，指示燈控制任務周期為 100ms（通常情況下最高100ms的閃爍頻率正好，特殊需求除外)，LCD/OLED顯示周期為 100ms(通過這種通過SPI/IIC等接口的方式耗時大約在 1~10ms，甚至更長，所以任務周期必須遠大於耗時，同時為了滿足人眼所能接受的刷屏效果，也不能太長，100ms的任務周期比較合適)等。

」

以下介紹兩種不同的實現方案，分別針對無函數指針概念的朋友和想進一步學習的朋友。

1、無函數指針的設計方式

/**

* @brief 主函數.

* @param None.

* @return None.

*/

int main(void)

{

System_Init();

while (1)

{

if (TIM_1msFlag)// 1ms

{

CAN_CommTask(); // CAN發送/接收通信任務

TIM_1msFlag = 0;

}

if (TIM_10msFlag) // 10ms

{

KEY_ScanTask(); //按鍵掃描處理任務

TIM_10msFlag = 0;

}

if (TIM_20msFlag) // 20ms

{

LOGIC_HandleTask();//邏輯處理任務

TIM_20msFlag = 0;

}

if (TIM_100msFlag) // 100ms

{

LED_CtrlTask(); //指示燈控制任務

TIM_100msFlag = 0;

}

if (TIM_500msFlag)// 500ms

{

TIM_500msFlag = 0;

}

if (TIM_1secFlag) // 1s

{

WDog_Task(); //喂狗任務

TIM_1secFlag = 0;

}

}

}

/**

* @brief 定時器3中斷服務函數.

* @param None.

* @return None.

*/

void TIM3_IRQHandler(void)

{

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

{

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); //清除中斷標誌位

}

2、含函數指針的設計方式

/**

* @brief任務函數相關信息結構體定義.

*/

typedefstruct{

uint8 m_runFlag; /*!<程序運行標記：0-不運行，1運行 */

uint16 m_timer; /*!<計時器 */

uint16 m_itvTime; /*!<任務運行間隔時間 */

void (*m_pTaskHook)(void); /*!<要運行的任務函數 */

} TASK_InfoType;

#define TASKS_MAX 5 //定義任務數目

/**任務函數相關信息 */

static TASK_InfoType sg_tTaskInfo[TASKS_MAX] = {

{0, 1, 1, CAN_CommTask}, // CAN通信任務

{0, 10, 10, KEY_ScanTask}, //按鍵掃描任務

{0, 20, 20, LOGIC_HandleTask}, //邏輯處理任務

{0, 100, 100, LED_CtrlTask}, //指示燈控制任務

{0, 1000, 1000, WDog_Task}, //喂狗任務

};

/**

* @brief 任務函數運行標誌處理.

* @note 該函數由1ms定時器中斷調用

* @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 任務函數運行處理.

* @note 該函數由主循環調用

* @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(); //運行任務

sg_tTaskInfo[i].m_runFlag = 0; //標誌清0

}

}

}

/**

* @brief 主函數.

* @param None.

* @return None.

*/

int main(void)

{

System_Init();

while (1)

{

TASK_Process();

}

}

/**

* @brief 定時器3中斷服務函數.

* @param None.

* @return None.

*/

void TIM3_IRQHandler(void)

{

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

{

TASK_Remarks();

}

TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);//清除中斷標誌位

}

三、作業系統

嵌入式操作系統EOS(Embedded OperatingSystem)是一種用途廣泛的系統軟體，過去它主要應用於工業控制和國防系統領域，而對於單片機來說，比較常用的有UCOS、FreeRTOS、RT-ThreadNano和RTX等多種搶占式操作系統(其他如Linux等作業系統不適用於單片機)

作業系統和「時間片論法」，在任務執行方面來說，作業系統對每個任務的耗時沒有過多的要求，需要通過設置每個任務的優先級，在高優先級的任務就緒時，會搶占低優先級的任務；作業系統相對複雜，因此這裡沒有詳細介紹了。

關於如何選擇合適的操作系統(uCOS、FreeRTOS、RTThread、RTX等RTOS的對比之特點：

·uCOS:網上資料豐富，非常適合學習，但是在產品上使用則需要收費。

·FreeRTOS：使用免費，因此很多產品都在用。

·RT-Thread：國產物聯網作業系統，有著十分豐富的組件，也免費，資料：RT-Thread文檔中心。

·RTX:為ARM和Cortex-M設備設計的免版稅，確定性的實時作業系統。

借網上一張對比圖：

四、總結

從上述的對比中可以看出，時間片輪詢法的優勢還是比較大的，它既有前後台順序執行法的優點，也有作業系統的優點。結構清晰，簡單，非常容易理解，所以這種是比較常用的單片機設計框架。

END