實用：牛人總結(jié)的單片機三種應用程序架構(gòu)！

在工作中經(jīng)過摸索實驗，總結(jié)出單片機大致應用程序的架構(gòu)有三種：
1. 簡單的前后臺順序執(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)行順序編寫應用程序即可。
2. 時間片輪詢法，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)，此法應該是應用程序編寫的最高境界。
下面就分別談談這三種方法的利弊和適應范圍等。

一、順序執(zhí)行法

這種方法，這應用程序比較簡單，實時性，并行性要求不太高的情況下是不錯的方法，程序設(shè)計簡單，思路比較清晰。但是當應用程序比較復雜的時候，如果沒有一個完整的流程圖，恐怕別人很難看懂程序的運行狀態(tài)，而且隨著程序功能的增加，編寫應用程序的工程師的大腦也開始混亂。即不利于升級維護，也不利于代碼優(yōu)化。本人寫個幾個比較復雜一點的應用程序，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)。導致程序一直不能讓自己滿意。
這種方法大多數(shù)人都會采用，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習過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，程序架構(gòu)的單片機工程師來說，無疑很難在應用程序的設(shè)計上有一個很大的提高，也導致了不同工程師編寫的應用程序很難相互利于和學習。
本人建議，如果喜歡使用此法的網(wǎng)友，如果編寫比較復雜的應用程序，一定要先理清頭腦，設(shè)計好完整的流程圖再編寫程序，否則后果很嚴重。當然應該程序本身很簡單，此法還是一個非常必須的選擇。
下面就寫一個順序執(zhí)行的程序模型，方便和下面兩種方法對比：
代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName   : main()
* Description    : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
uint8 keyValue; InitSys();                  // 初始化 while (1)
{
TaskDisplayClock();
keyValue = TaskKeySan();
switch (keyValue)
{
case x: TaskDispStatus(); break;
...
default: break;
}
}
}
二、時間片輪詢法

時間片輪詢法，在很多書籍中有提到，而且有很多時候都是與操作系統(tǒng)一起出現(xiàn)，也就是說很多時候是操作系統(tǒng)中使用了這一方法。不過我們這里要說的這個時間片輪詢法并不是掛在操作系統(tǒng)下，而是在前后臺程序中使用此法。也是本貼要詳細說明和介紹的方法。 對于時間片輪詢法，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。下面本人將詳細介紹這種模式，并參考別人的代碼建立的一個時間片輪詢架構(gòu)程序的方法，我想將給初學者有一定的借鑒性。
在這里我們先介紹一下定時器的復用功能。 使用1個定時器，可以是任意的定時器，這里不做特殊說明，下面假設(shè)有3個任務，那么我們應該做如下工作：
1. 初始化定時器，這里假設(shè)定時器的定時中斷為1ms(當然你可以改成10ms，這個和操作系統(tǒng)一樣，中斷過于頻繁效率就低，中斷太長，實時性差)。
2. 定義一個數(shù)值：
代 碼

#define TASK_NUM   (3)                  //  這里定義的任務數(shù)為3，表示有三個任務會使用此定時器定時。

uint16 TaskCount[TASK_NUM] ;           //  這里為三個任務定義三個變量來存放定時值

uint8  TaskMark[TASK_NUM];             //  同樣對應三個標志位，為0表示時間沒到，為1表示定時時間到。
3. 在定時器中斷服務函數(shù)中添加：
代 碼 /**************************************************************************************
* FunctionName : TimerInterrupt()
* Description : 定時中斷服務函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
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：定時中斷服務函數(shù)，在中斷中逐個判斷，如果定時值為0了，表示沒有使用此定時器或此定時器已經(jīng)完成定時，不著處理。否則定時器減一，知道為零時，相應標志位值1，表示此任務的定時值到了。
4. 在我們的應用程序中，在需要的應用定時的地方添加如下代碼，下面就以任務1為例：
代 碼

TaskCount[0] = 20;       // 延時20ms

TaskMark[0]  = 0x00;     // 啟動此任務的定時器 到此我們只需要在任務中判斷

TaskMark[0] 是否為0x01即可。

其他任務添加相同，至此一個定時器的復用問題就實現(xiàn)了。用需要的朋友可以試試，效果不錯哦。。。。。。。。。。。
通過上面對1個定時器的復用我們可以看出，在等待一個定時的到來的同時我們可以循環(huán)判斷標志位，同時也可以去執(zhí)行其他函數(shù)。
循環(huán)判斷標志位： 那么我們可以想想，如果循環(huán)判斷標志位，是不是就和上面介紹的順序執(zhí)行程序是一樣的呢？一個大循環(huán)，只是這個延時比普通的for循環(huán)精確一些，可以實現(xiàn)精確延時。
執(zhí)行其他函數(shù)： 那么如果我們在一個函數(shù)延時的時候去執(zhí)行其他函數(shù)，充分利用CPU時間，是不是和操作系統(tǒng)有些類似了呢？但是操作系統(tǒng)的任務管理和切換是非常復雜的。下面我們就將利用此方法架構(gòu)一直新的應用程序。 時間片輪詢法的架構(gòu)：
1.設(shè)計一個結(jié)構(gòu)體：
代 碼

// 任務結(jié)構(gòu)
typedef struct _TASK_COMPONENTS
{
uint8 Run;                 // 程序運行標記：0-不運行，1運行
uint8 Timer;              // 計時器
uint8 ItvTime;              // 任務運行間隔時間
void (*TaskHook)(void);    // 要運行的任務函數(shù)
} TASK_COMPONENTS;       // 任務定義 這個結(jié)構(gòu)體的設(shè)計非常重要，一個用4個參數(shù)，注釋說的非常詳細，這里不在描述。
2. 任務運行標志出來，此函數(shù)就相當于中斷服務函數(shù)，需要在定時器的中斷服務函數(shù)中調(diào)用此函數(shù)，這里獨立出來，并于移植和理解。
代 碼

/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskRemarks()
* Description    : 任務標志處理
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskRemarks(void)
{
uint8 i; for (i=0; i {
if (TaskComps[i].Timer)          // 時間不為0
{
TaskComps[i].Timer--;         // 減去一個節(jié)拍
if (TaskComps[i].Timer == 0)       // 時間減完了
{
TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime;       // 恢復計時器值，從新下一次
TaskComps[i].Run = 1;           // 任務可以運行
}
}
}
} 大家認真對比一下次函數(shù)，和上面定時復用的函數(shù)是不是一樣的呢？
3. 任務處理：
代 碼

/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskProcess()
* Description    : 任務處理
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskProcess(void)
{
uint8 i; for (i=0; i {
if (TaskComps[i].Run)           // 時間不為0
{
TaskComps[i].TaskHook();         // 運行任務
TaskComps[i].Run = 0;          // 標志清0
}
}
}

此函數(shù)就是判斷什么時候該執(zhí)行那一個任務了，實現(xiàn)任務的管理操作，應用者只需要在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)用和處理任務函數(shù)。

到此，一個時間片輪詢應用程序的架構(gòu)就建好了，大家看看是不是非常簡單呢？此架構(gòu)只需要兩個函數(shù)，一個結(jié)構(gòu)體，為了應用方面下面將再建立一個枚舉型變量。

下面就說說怎樣應用吧，假設(shè)我們有三個任務：時鐘顯示，按鍵掃描，和工作狀態(tài)顯示。

1. 定義一個上面定義的那種結(jié)構(gòu)體變量：
代 碼 /**************************************************************************************
* Variable definition
**************************************************************************************/
static TASK_COMPONENTS TaskComps[] =
{
{0, 60, 60, TaskDisplayClock},            // 顯示時鐘
{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。。。。 }; 在定義變量時，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)行時間優(yōu)先級等都有關(guān)系，這個需要自己掌握。
①大概意思是，我們有三個任務，沒1s執(zhí)行以下時鐘顯示，因為我們的時鐘最小單位是1s，所以在秒變化后才顯示一次就夠了。
②由于按鍵在按下時會參數(shù)抖動，而我們知道一般按鍵的抖動大概是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，是非常不錯的出來，即達到了消抖的目的，也不會漏掉按鍵輸入。
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)計每30ms顯示一次，如果你覺得反應慢了，你可以讓這些值小一點。后面的名稱是對應的函數(shù)名，你必須在應用程序中編寫這函數(shù)名稱和這三個一樣的任務。
2. 任務列表：
代 碼

// 任務清單
typedef enum _TASK_LIST
{
TAST_DISP_CLOCK,            // 顯示時鐘
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。。。。
TASKS_MAX                                           // 總的可供分配的定時任務數(shù)目
} TASK_LIST; 好好看看，我們這里定義這個任務清單的目的其實就是參數(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的關(guān)系而已。
3. 編寫任務函數(shù)：
代 碼

/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskDisplayClock()
* Description    : 顯示任務 * EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskDisplayClock(void)
{ }

/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskKeySan()
* Description    : 掃描任務
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskKeySan(void)
{
}

/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskDispStatus()
* Description    : 工作狀態(tài)顯示
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
void TaskDispStatus(void)
{
} // 這里添加其他任務。。。。。。。。。
現(xiàn)在你就可以根據(jù)自己的需要編寫任務了。
4. 主函數(shù)：
代 碼

/**************************************************************************************
* FunctionName   : main()
* Description    : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
InitSys();                  // 初始化 while (1)
{
TaskProcess();             // 任務處理
}
}

到此我們的時間片輪詢這個應用程序的架構(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函數(shù)就可以了。是不是很簡單啊，有沒有點操作系統(tǒng)的感覺在里面？ 不防試試把，看看任務之間是不是相互并不干擾？并行運行呢？當然重要的是，還需要，注意任務之間進行數(shù)據(jù)傳遞時，需要采用全局變量，除此之外還需要注意劃分任務以及任務的執(zhí)行時間，在編寫任務時，盡量讓任務盡快執(zhí)行完成。。。。。。。。
三、操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的本身是一個比較復雜的東西，任務的管理，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)，將不會在去使用前后臺程序”。但是真正能使用操作系統(tǒng)的人并不多，不僅是因為系統(tǒng)的使用本身很復雜，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，因為不是一兩句話能過說明白的，下面列出UCOS下編寫應該程序的模型。大家可以對比一下，這三種方式下的各自的優(yōu)缺點。
代 碼

/**************************************************************************************
* FunctionName   : main()
* Description    : 主函數(shù)
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
OSInit();                // 初始化uCOS-II OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskStart,        // 任務指針
(void   *) 0,            // 參數(shù)
(OS_STK *) &TaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針
(INT8U   ) TASK_START_PRIO);        // 任務優(yōu)先級 OSStart();                                       // 啟動多任務環(huán)境
return (0);
}
代 碼

/**************************************************************************************
* FunctionName   : TaskStart()
* Description    : 任務創(chuàng)建，只創(chuàng)建任務，不完成其他工作
* EntryParameter : None
* ReturnValue    : None
**************************************************************************************/
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1
(void   *) 0,               // 不帶參數(shù)
(OS_STK *) &TaskLedStk[TASK_LED_STK_SIZE - 1],  // 堆棧指針
(INT8U   ) TASK_LED_PRIO);         // 優(yōu)先級 // Here the task of creating your
while (1)
{
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100);
}
}

不難看出，時間片輪詢法優(yōu)勢還是比較大的，即由順序執(zhí)行法的優(yōu)點，也有操作系統(tǒng)的優(yōu)點。結(jié)構(gòu)清晰，簡單，非常容易理解。
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