单片机裸机程序——程序架构

本文主要是介绍单片机裸机程序——程序架构，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

---

程序架构等同于思想体系

建一栋楼房，地基要先设计好，而不是马上砌砖，地基和布局都合理，房子就住得舒服，也不会闹心。

写一段程序也一样，程序构架要想好，而不是一边写一边调整构架，想到这个功能就先写这个功能，多个功能放在一起后无法协调，又要改构架，效率非常低。

把构架用图形的形式设计好，再像添砖加瓦一样去编码，实现功能。

一、前后台顺序法

公司都有负责接待来宾的前台，当有人来访或有电话来，前台就会通知其他负责人，正在有序工作的负责人必须马上停止手中工作，接待或接听结束后再回到原来的事情上继续。有人来访或有电话比做前台，正在有序工作比做后台。

前后台顺序执行是入门开发者常用的程序架构，逻辑简单，复杂度低，代码量少，最直观了，从上往下执行，全部任务都在一个循环里执行，不考虑每个函数执行所需要的时间。但遇到延时就要等待，因此会造成其他函数间隔执行时间的不同，尽管能够通过定时器中断的方式，但前提是中断服务函数执行的时间必须短。

顺序执行就是在你前面的执行完了，才到你执行，好比上体育课列队报数一样，必须按顺序来，你前面相邻的同学报完数，你才能报数。

还有就是有中断发生，就优先执行中断要执行的事情，好比体育课，点到谁的名字就优先得去跑两圈。

未加入中断的轮询系统

int main(void) 
{ uint8 keyValue;InitSys();                  // 系统初始化while (1){TaskDisplayClock();//显示系统时钟keyValue = TaskKeySan();//扫描键盘switch (keyValue){case x: TaskDispStatus(); break;...default: break;}}
}

在while(1)死循环中从第一行代码往下执行到最后一行，然后返回到第一行，如此反复执行。

在轮询系统基础上加入中断处理

int flag1 = 0,flag2= 0,flag3 = 0;
int main(){hardwareInit();//硬件初始化while(1){if(flag1){doSomething1();//处理事件1flag1=0;//清除标志位}if(flag2){doSomething2();//处理事件2flag2=0;//清除标志位}if(flag3){doSomething3();//处理事件3flag3=0;//清除标志位}}
}
//中断处理程序1
void ISR1(void )｛flag1=1//置位标志位
｝ 
//中断处理程序2
void ISR2(void )｛flag2=1//置位标志位
｝ 
//中断处理程序3
void ISR3(void )｛flag3=1//置位标志位
｝

外部事件的响应（改变一些标志位，确保所用时间非常短）在中断里面完成，事件的处理还是要回到轮询系统中完成。

1、如果中断服务程序执行时间太长，可能导致中断嵌套非常深，容易导致栈溢出，也容易出现异常，比如死机。
2、中断只处理紧急事务！紧急事务要用中断处理！比如串口数据的接收和发送，速度太快，放在循环里处理太慢了。然而对于数据的处理，就不用着急了，可以在中断里接收完成后设置标志位，然后在主循环里根据标志位完成处理，之后手动开启相应中断去发送。

中断在这里称为前台，main()函数中的主循环称为后台。

二、时间片轮询法

敢言：时间片轮询法是万能的裸机程序构架

时间片法是一种多任务执行法，它通过为每个任务分配一定的执行时间片，使得所有任务都能够按照一定的时间间隔交替执行。任务执行的时间片是固定的，当一个任务的时间片用完后，系统切换到下一个任务执行。这种方式使得多个任务能够并行执行，提高了系统的资源利用率和效率。

时间片法适用于中等复杂度的嵌入式系统，可以满足对实时性要求较高的场景。它需要合理设置任务的优先级和时间片大小，以确保重要任务优先执行，并且每个任务都能在适当的时间内完成。

使用定时器设定不同的时间片，定时到了某个时间节点，就去执行对应时间片里的代码，代码执行时间不能超过时间片时间，时间片时间应该根据所执行任务的耗时来设定。比如，按键扫描，通常都需要软件防抖，顺序法是延时10ms左右再去判断，但10ms极大浪费了CPU的资源，在这段时间内CPU完全可以处理很多其他事情，时间片轮询法就能很好利用CPU资源。

世界万事万物都是基于时间这条线而存在而运作的，谁都摆脱不了与时间的关联。

时间片轮询方式也容易理解，你设定的时间到了，你就执行，没到就继续等待，各个时间片之间没有优先级。

时间片轮询法系统的实现思路（只需要一个任意的定时器）
1、在系统初始化里初始化一个定时器，假设定时中断为1ms(也可以改成10ms，根据实际需求，但需要注意，中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差)。
2、定义多个任务变量及标志位
3、定义任务函数
4、把任务调度添加到主循环中
5、把任务切换逻辑控制添加到中断服务中

1、初始化定时器，以51单片机为例

//定时器初始化，定时1ms中断一次
void Timer1_Init(){AUXR &= 0xBF;		//定时器时钟12T模式TMOD &= 0x0F;		//设置定时器模式TMOD |= 0x10;		//设置定时器模式TL1 = 0x30;		//设置定时初值TH1 = 0xF8;		//设置定时初值TF1 = 0;		//清除TF1标志TR1 = 1;		//定时器1开始计时ET1 = 1;       //使能定时器中断EA = 1;
}
//定时器中断服务函数
void TM1_Isr() interrupt 3
{	TL1 = 0x30;		//设置定时初值TH1 = 0xF8;		//设置定时初值
}

2、定义任务相关

//任务结构
typedef struct _TASK_COMPONENTS
{unsigned int Run; //程序运行标记： 0-不运行，1-运行unsigned int Timer; //计时器unsigned int ItvTime;  //任务运行时间间隔void (*TaskHook)(void); //要运行的任务函数
}TASK_COMPONENTS;//任务定义,TASK_COMPONENTS是_TASK_COMPONENTS的别名static TASK_COMPONENTS TaskComps[]=	 //时间节拍为1ms，由定时器产生
{{0,10,10,TaskRfCheck},	//处理RF数据{0,20,20,TaskUart2Check},  //每次只处理串口2的一个字节数据{0,8,8,TaskRGBdata},//RGB数据处理	 刷新频率不能低于30HZ{0,30,30,TaskPWMout}, //刷新PWM数据{0,1000,1000,TaskTimers}, //计时器
};
//任务清单
typedef enum _TASK_LIST
{TASK_RF_CHECK,TASK_UART2_CHECK,TASK_RGB_DATA,TASK_UART1_PRINTF,TASK_TIMERS,TASKS_MAX,	 //总共可分配的定时任务数目
}TASK_LIST;

3、定义任务函数

void TaskRfCheck() //识别遥控器按键
{
//在此处添加代码
}
void TaskUart2Check() //解析串口2数据
{
//在此处添加代码
}
void TaskRGBdata()	//处理RGBW数据
{	
//在此处添加代码
}
void TaskPWMout()	  //刷新PWM数据
{  	
//在此处添加代码
}
void TaskTimers()  //灯带独立计时器
{
//在此处添加代码
}

4、定义任务调度函数并添加到主循环中

void TaskProcess()
{static unsigned char i=0;  //必须是static类型for(i=0;i<TASKS_MAX;i++)	//逐个任务时间处理{if(TaskComps[i].Run)	//任务可以运行{TaskComps[i].TaskHook();  //调用任务函数TaskComps[i].Run = 0; //标志清0}}		 	
}
void SysInit_all()
{Timer1_Init(); //定时器1初始化，用于多个任务调度WDT_CONTR=0x35;//看门狗设置，超时2秒则复位
}
//主函数
int main()
{SysInit_all();//系统初始化while(1){TaskProcess(); //任务处理WDT_CONTR |= 0x10;   //喂看门狗，防止系统复位	 		}return 1;
}

5、把任务切换逻辑控制添加到中断服务中

void TaskRemarks(void)
{static unsigned char i=0;   //必须是static类型for(i=0;i<TASKS_MAX;i++)	 //逐个任务处理{if(TaskComps[i].Timer) //时间不为0{TaskComps[i].Timer--; //减去一个节拍if(TaskComps[i].Timer<=0)//时间减完了{TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime;	 //恢复计时器值，重新下一次TaskComps[i].Run = 1; //任务可以运行}}}
}
//每1ms就执行一次TaskRemarks()
void TM1_Isr() interrupt 3
{	TL1 = 0x30;		//设置定时初值TH1 = 0xF8;		//设置定时初值TaskRemarks();	//任务调度
}

时间片轮询法的流程图大致为：

这篇关于单片机裸机程序——程序架构的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---