|
在大家初學(xué)編程的時(shí)候，總會(huì)讀一些程序，可是讀完程序之后，只能看明白一小部分的程序。有時(shí)候會(huì)摸不著頭腦。下面我就給大家說說編程的架構(gòu)。了解了程序的架構(gòu)，在讀起來程序就輕松多了。其實(shí)架構(gòu)就是程序的編程思路。 工作中經(jīng)過摸索實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出單片機(jī)大致應(yīng)用程序的架構(gòu)有三種： 1. 簡單的前后臺(tái)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(shí)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。 下面就分別談?wù)勥@三種方法的利弊和適應(yīng)范圍等。 一、順序執(zhí)行法 這種方法，這應(yīng)用程序比較簡單，實(shí)時(shí)性，并行性要求不太高的情況下是不錯(cuò)的方法，程序設(shè)計(jì)簡單，思路比較清晰。但是當(dāng)應(yīng)用程序比較復(fù)雜的時(shí)候，如果沒有一個(gè)完整的流程圖，恐怕別人很難看懂程序的運(yùn)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(jí)維護(hù)，也不利于代碼優(yōu)化。本人寫個(gè)幾個(gè)比較復(fù)雜一點(diǎn)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(huì)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(jī)工程師來說，無疑很難在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)上有一個(gè)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(jì)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(gè)非常必須的選擇。 下面就寫一個(gè)順序執(zhí)行的程序模型，方便和下面兩種方法對比： int main(void) { uint8 keyValue; TaskDisplayClock(); TaskKeySan(); while (1) { TaskDisplayClock(); keyValue = TaskKeySan(); switch (keyValue) { case x: TaskDispStatus(); break； ...... default: break; } } 二、時(shí)間輪詢法 時(shí)間輪詢法，在很多書籍中有提到，而且有很多時(shí)候都是與操作系統(tǒng)一起出現(xiàn)，也就是說很多時(shí)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(gè)時(shí)間輪詢法并不是掛在操作系統(tǒng)下，而是在前后臺(tái)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(shí)間輪詢法，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(gè)時(shí)間輪詢架構(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(shí)器的復(fù)用功能。 使用1個(gè)定時(shí)器，可以是任意的定時(shí)器，這里不做特殊說明，下面假設(shè)有3個(gè)任務(wù)，那么我們應(yīng)該做如下工作： 1. 初始化定時(shí)器，這里假設(shè)定時(shí)器的定時(shí)中斷為1ms(當(dāng)然你可以改成10ms，這個(gè)和操作系統(tǒng)一樣，中斷過于頻繁效率就低，中斷太長，實(shí)時(shí)性差)。 2. 定義一個(gè)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(gè)任務(wù)會(huì)使用此定時(shí)器定時(shí)。 uint16 TaskCount[TASK_NUM] ; // 這里為三個(gè)任務(wù)定義三個(gè)變量來存放定時(shí)值 uint8 TaskMark[TASK_NUM]; // 同樣對應(yīng)三個(gè)標(biāo)志位，為0表示時(shí)間沒到，為1表示定時(shí)時(shí)間到。 3. 在定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)中添加代 碼： void TimerInterrupt(void) { uint8 i; for (i=0; i if (TaskCount[i]) { TaskCount[i]--; if (TaskCount[i] == 0) { TaskMark[i] = 0x01; } } } } 代碼解釋：定時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)，在中斷中逐個(gè)判斷，如果定時(shí)值為0了，表示沒有使用此定時(shí)器或此定時(shí)器已經(jīng)完成定時(shí)，不著處理。否則定時(shí)器減一，知道為零時(shí)，相應(yīng)標(biāo)志位值1，表示此任務(wù)的定時(shí)值到了。 4. 在我們的應(yīng)用程序中，在需要的應(yīng)用定時(shí)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(shí)20ms TaskMark[0] = 0x00; // 啟動(dòng)此任務(wù)的定時(shí)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(gè)定時(shí)器的復(fù)用問題就實(shí)現(xiàn)了。用需要的朋友可以試試，效果不錯(cuò)哦。通過上面對1個(gè)定時(shí)器的復(fù)用我們可以看出，在等待一個(gè)定時(shí)的到來的同時(shí)我們可以循環(huán)判斷標(biāo)志位，同時(shí)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(gè)大循環(huán)，只是這個(gè)延時(shí)比普通的for循環(huán)精確一些，可以實(shí)現(xiàn)精確延時(shí)。 執(zhí)行其他函數(shù)：那么如果我們在一個(gè)函數(shù)延時(shí)的時(shí)候去執(zhí)行其他函數(shù)，充分利用CPU時(shí)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(shí)間輪詢法的架構(gòu)： 設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)體代 碼： // 任務(wù)結(jié)構(gòu) typedef struct _TASK_COMPONENTS { uint8 Run; // 程序運(yùn)行標(biāo)記：0-不運(yùn)行，1運(yùn)行 uint8 Timer; // 計(jì)時(shí)器 uint8 ItvTime; // 任務(wù)運(yùn)行間隔時(shí)間 void (*TaskHook)(void); // 要運(yùn)行的任務(wù)函數(shù) } TASK_COMPONENTS; // 任務(wù)定義 這個(gè)結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)非常重要，一個(gè)用4個(gè)參數(shù)，注釋說的非常詳細(xì)，這里不在描述。 2. 任務(wù)運(yùn)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(shí)器的中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)，這里獨(dú)立出來，并于移植和理解。 void TaskRemarks(void) { uint8 i; for (i=0; i if (TaskComps[i].Timer) // 時(shí)間不為0 { TaskComps[i].Timer--; // 減去一個(gè)節(jié)拍 if (TaskComps[i].Timer == 0) // 時(shí)間減完了 { TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime; // 恢復(fù)計(jì)時(shí)器值，從新下一次 TaskComps[i].Run = 1; // 任務(wù)可以運(yùn)行 } } } } 大家認(rèn)真對比一下次函數(shù)，和上面定時(shí)復(fù)用的函數(shù)是不是一樣的呢？ 3. 任務(wù)處理代碼： void TaskProcess(void) { uint8 i; for (i=0; i if (TaskComps[i].Run) // 時(shí)間不為0 { TaskComps[i].TaskHook(); // 運(yùn)行任務(wù) TaskComps[i].Run = 0; // 標(biāo)志清0 } } } 此函數(shù)就是判斷什么時(shí)候該執(zhí)行那一個(gè)任務(wù)了，實(shí)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(gè)時(shí)間輪詢應(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(gè)函數(shù)，一個(gè)結(jié)構(gòu)體，為了應(yīng)用方面下面將再建立一個(gè)枚舉型變量。 下面就說說怎樣應(yīng)用吧，假設(shè)我們有三個(gè)任務(wù)：時(shí)鐘顯示，按鍵掃描，和工作狀態(tài)顯示。 1. 定義一個(gè)上面定義的那種結(jié)構(gòu)體變量代碼： static TASK_COMPONENTS TaskComps[] = { {0, 60, 60, TaskDisplayClock}, // 顯示時(shí)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(shí)，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(shí)間優(yōu)先級(jí)等都有關(guān)系，這個(gè)需要自己掌握。 ①大概意思是，我們有三個(gè)任務(wù)，沒1s執(zhí)行以下時(shí)鐘顯示，因?yàn)槲覀兊臅r(shí)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(shí)會(huì)參數(shù)抖動(dòng)，而我們知道一般按鍵的抖動(dòng)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(cuò)的出來，即達(dá)到了消抖的目的，也不會(huì)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(jì)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(diǎn)。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(gè)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(shí)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(shí)任務(wù)數(shù)目 } TASK_LIST; 好好看看，我們這里定義這個(gè)任務(wù)清單的目的其實(shí)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。 編寫任務(wù)函數(shù)代碼： void TaskDisplayClock(void) { } void TaskKeySan(void) { } 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： int main(void) { InitSys(); // 初始化 while (1) { TaskProcess(); // 任務(wù)處理 } } 到此我們的時(shí)間輪詢這個(gè)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(diǎn)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(yùn)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(shí)，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(shí)間，在編寫任務(wù)時(shí)，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(gè)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(huì)在去使用前后臺(tái)程序”。但是真正能使用操作系統(tǒng)的人并不多，不僅是因?yàn)橄到y(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?yàn)椴皇且粌删湓捘苓^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(diǎn)。 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(jí) OSStart(); // 啟動(dòng)多任務(wù)環(huán)境 return (0); } 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); // Here thetaskofcreatingyour while (1) { OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100); } } 不難看出，時(shí)間輪詢法優(yōu)勢還是比較大的，即由順序執(zhí)行法的優(yōu)點(diǎn)，也有操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)清晰，簡單，非常容易理解。 以上就是把編程的架構(gòu)和大家說明了。 想要了解嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的可以聯(lián)系宋工企鵝號(hào)三五二四六五九零八八 Tel：173--1795--1908 免費(fèi)試聽C語言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、JAVA、安卓等。 想學(xué)習(xí)的你和我聯(lián)系預(yù)約就可以免費(fèi)聽課了。 |
