摘要 :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,架构是非常必要的。
应用程序的架构大致有三种:
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 *** 作系统之间的一种方法。
3、 *** 作系统 ,此法应该是应用程序编写的最高境界。
1、前后台顺序执行法
这是初学者们常用的程序框架设计方案,不用考虑太多东西,代码简单,或者对系统的整体实时性和并发性要求不高;初始化后通过 while(1){} 或 for() {}`循环不断调用自己编写完成的函数,也基本不考虑每个函数执行所需要的时间,大部分情况下函数中或多或少都存在毫秒级别的延时等待。
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 ):
介于 前后台顺序执行法 和 *** 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;
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。
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
2、含函数指针的设计方式
嵌入式 *** 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 *** 作系统(其他如Linux等 *** 作系统不适用于单片机)
*** 作系统和“ 时间片论法 ”,在任务执行方面来说, *** 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; *** 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 *** 作系统( uCOS 、 FreeRTOS 、 RTThread 、 RTX 等RTOS的对比之特点:
借网上一张对比图:
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 *** 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。
三种常用的软件架构有:顺序执行的前后台系统、时间片轮询系统和多任务 *** 作系统。
2.1顺序执行的前后台系统
在顺序执行的前后台系统中,我会把键盘扫描用查询的方式放在while(1)中,而显示屏刷新和超声波测距使用中断,在中断服务函数中获取测量距离后进行显示,在主函数的循环中进行按键的检测,声光处理也放在主循环中。这样整个程序就以变量标志的同步方式在主循环和后台中断中执行。
2.2时间片轮询系统和多任务 *** 作系统
时间片轮询法实际上通常出现在 *** 作系统中,也就是说他属于 *** 作系统,但在这里所说的是基于前后台系统的时间片轮询。时间片轮询法的实质其实就是选出一个定时器,没进一次定时中断对计数值进行自加,在主循环中根据这个计数值执行任务,这个计数值也就是任务轮询的时间片。
2.3多任务 *** 作系统
*** 作系统的本身是一个比较复杂的东西,任务的管理和调度实现的底层是很复杂和困难的。但是呢,我们一般都是把 *** 作系统本身作为一个工具一个平台,我们的目的是使用它的功能而不是开发一个 *** 作系统。
我使用过ucos和freertos小型的实时 *** 作系统,也使用过Linux大型的 *** 作系统,有了 *** 作系统,不管是对于程序的稳定性和开发的效率都会好很多。我们在使用 *** 作系统的时候更多的需要去学习和理解它的一些调度和通信的方式。
实际上真正能使用 *** 作系统的人并不多,反而是跑裸机的占大多数,这也和产品的具体要求有关,很多简单的系统只需要裸机即可满足。
嵌入式系统一般由软件和硬件两个部分组成,基中嵌入式处理器、存储器和外部设备构成整个系统的硬件基础。嵌入式系统的软件部分可以分为三个层次,分别是系统软件、支撑软件和应用软件。
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