嵌入式開發(fā)中的3種程序架構(gòu)分析

對(duì)于單片機(jī)程序來說，真正使用架構(gòu)，考慮架構(gòu)的并不多，但是隨著程序開發(fā)的不斷增多，架構(gòu)是非常重要的。

嵌入式軟件開發(fā)是一門應(yīng)用廣泛且不斷發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，為了滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，開發(fā)人員可以采用多種架構(gòu)方法。

在本文中，我們將探討嵌入式軟件開發(fā)中常用的三種架構(gòu)：前后臺(tái)順序執(zhí)行法、時(shí)間片法和操作系統(tǒng)。

應(yīng)用程序的架構(gòu)大致有三種：

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。

詳細(xì)如下：

01. 前后臺(tái)順序執(zhí)行法

前后臺(tái)順序執(zhí)行法也稱為單任務(wù)執(zhí)行法，是最簡單、最常見的嵌入式軟件架構(gòu)之一。

在這種架構(gòu)中，系統(tǒng)按照程序代碼的順序依次執(zhí)行任務(wù)。所有任務(wù)都在一個(gè)循環(huán)中執(zhí)行，每次只執(zhí)行其中一個(gè)任務(wù)，其余任務(wù)被掛起。這種架構(gòu)適用于簡單的應(yīng)用，如傳感器數(shù)據(jù)采集、控制器等。

然而，前后臺(tái)順序執(zhí)行法有一定的局限性。

首先，它無法充分利用處理器資源，因?yàn)槊看沃粓?zhí)行一個(gè)任務(wù)，其他任務(wù)處于掛起狀態(tài)。其次，任務(wù)之間無法靈活共享資源，容易造成資源浪費(fèi)和效率低下。在一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景中，這種架構(gòu)無法滿足要求。

02.時(shí)間片法

時(shí)間片法是一種多任務(wù)執(zhí)行法，它通過為每個(gè)任務(wù)分配一定的執(zhí)行時(shí)間片，使得所有任務(wù)都能夠按照一定的時(shí)間間隔交替執(zhí)行。

任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間片是固定的，當(dāng)一個(gè)任務(wù)的時(shí)間片用完后，系統(tǒng)切換到下一個(gè)任務(wù)執(zhí)行。這種方式使得多個(gè)任務(wù)能夠并行執(zhí)行，提高了系統(tǒng)的資源利用率和效率。

時(shí)間片法適用于中等復(fù)雜度的嵌入式系統(tǒng)，可以滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景。它需要合理設(shè)置任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片大小，以確保重要任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，并且每個(gè)任務(wù)都能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)完成。

03.操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是一種更為復(fù)雜和強(qiáng)大的嵌入式軟件架構(gòu)。它能夠管理和協(xié)調(diào)多個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，并提供一系列的系統(tǒng)服務(wù)，如任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、通信機(jī)制等。操作系統(tǒng)為開發(fā)人員提供了更高層次的抽象，使得軟件開發(fā)更加靈活、高效。

在操作系統(tǒng)架構(gòu)下，每個(gè)任務(wù)都有自己的優(yōu)先級(jí)和狀態(tài)，操作系統(tǒng)通過任務(wù)調(diào)度算法決定哪個(gè)任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。任務(wù)之間可以共享資源，通過互斥機(jī)制來實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的訪問控制，確保系統(tǒng)穩(wěn)定和安全。

操作系統(tǒng)適用于復(fù)雜度較高、實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的嵌入式應(yīng)用，如智能手機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。它提供了更大的靈活性和可擴(kuò)展性，使得開發(fā)人員能夠更容易地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能和算法。

綜上所述，嵌入式軟件開發(fā)中常用的三種架構(gòu)分別是前后臺(tái)順序執(zhí)行法、時(shí)間片法和操作系統(tǒng)。

選擇適合的架構(gòu)取決于應(yīng)用的復(fù)雜性、實(shí)時(shí)性要求和資源限制等因素。開發(fā)人員需要根據(jù)具體情況，靈活選擇合適的架構(gòu)，并結(jié)合系統(tǒng)要求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以確保嵌入式系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和高效性。

四、總結(jié)

從上述的對(duì)比中可以看出，時(shí)間片輪詢法的優(yōu)勢(shì)還是比較大的，它既有前后臺(tái)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，所以這種是比較常用的單片機(jī)設(shè)計(jì)框架。