轉(zhuǎn)自?|?羽林君

在底層代碼編寫中，初始的框架設(shè)計(jì)總會面臨選擇，針對實(shí)際的硬件使用環(huán)境，大家對于使用的軟件框架有很多選擇，今天我簡單描述一些比較常用的架構(gòu)，讓大家能夠理解并選擇合適的架構(gòu)。?

總述

1. 簡單的順序執(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)，直接按照執(zhí)行順序編寫應(yīng)用程序即可。

2.前后臺執(zhí)行程序：在順序執(zhí)行的情況上增添中斷前臺處理機(jī)制，配置順序執(zhí)行的后臺大循環(huán)程序,組合成可以實(shí)時(shí)響應(yīng)的程序。
3. 時(shí)間片輪循法：在前后臺的執(zhí)行架構(gòu)上，通過計(jì)數(shù)器進(jìn)一步規(guī)劃程序，定時(shí)執(zhí)行特定的片段。
4. 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)又叫RTOS，實(shí)時(shí)性，RTOS的內(nèi)核負(fù)責(zé)管理所有的任務(wù)，內(nèi)核決定了運(yùn)行哪個(gè)任務(wù)，何時(shí)停止當(dāng)前任務(wù)切換到其? 他任務(wù)，這個(gè)是內(nèi)核的多任務(wù)管理能力。多任務(wù) 管理給人的感覺就好像芯片有多個(gè)CPU，多任務(wù)管理實(shí)現(xiàn)了CPU資源的最大化利用，多任務(wù)管理有助于實(shí)現(xiàn)程序的模塊化開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用。
除了實(shí)時(shí)性，還有可剝奪內(nèi)核，顧名思義就是可以剝奪其他任務(wù)的CPU使用權(quán)，它總是運(yùn)行就緒任務(wù)中的優(yōu)先級最高的那個(gè)任務(wù)。
1.簡單的順序執(zhí)行程序

這種應(yīng)用程序比較簡單，一般作為初階簡單使用，實(shí)時(shí)性以及要求不太高的情況下，可以使用。程序的設(shè)計(jì)比較簡單，思路比較清晰。但是主循環(huán)的邏輯比較復(fù)雜的時(shí)候，如果沒有完整的流程圖指導(dǎo)，其他人很難看懂程序運(yùn)行邏輯。

下面寫一個(gè)順序執(zhí)行的程序模型

int main(void) { uint8 TaskValue;  InitSys(); // 初始化  while (1)  { TaskValue=?GetTaskValue();  switch?(TaskValue)  {  case x:  TaskDispStatus();  break;  ...  default: break;  }  } }

2.前后臺執(zhí)行程序

這種程序特點(diǎn)是，后臺大循環(huán)中一直執(zhí)行默認(rèn)的程序，中斷服務(wù)程序（ISR）產(chǎn)生相應(yīng)中斷標(biāo)記，主程序運(yùn)行與中斷標(biāo)記相關(guān)聯(lián)的任務(wù)程序。一般實(shí)現(xiàn)有如下思路：

通過設(shè)置標(biāo)志變量，然后在前臺響應(yīng)中斷的時(shí)候進(jìn)行對標(biāo)志變量的置位或者復(fù)位，實(shí)現(xiàn)事件的信號獲取，再在后臺主循環(huán)進(jìn)行中斷所對應(yīng)事物或者數(shù)據(jù)的處理，將程序流程轉(zhuǎn)移到主程序。

前后臺執(zhí)行的程序

void IRQHandler(void){ if(GetITStatus == 1) { SysFlag = 1; GetITStatus = 0; }}int main(void) { uint8 TaskValue;  InitSys(); // 初始化  while (1)  { TaskValue= GetTaskValue();  switch (TaskValue)  {  case x:  if(SysFlag == 1) { TaskDispStatus();  SysFlag == 0; } break;  ...  default: break;  }  } }

3.時(shí)間片輪循架構(gòu)

時(shí)間片輪循法，大家看到它的時(shí)候，一般會將它與操作系統(tǒng)進(jìn)行比較。不是說操作系統(tǒng)包含這種方法，而是在前后臺程序中配合時(shí)間管理形成時(shí)間片輪循架構(gòu)。

這種架構(gòu)已經(jīng)最大限度接近RTOS，時(shí)間管理，中斷管理，任務(wù)管理，已經(jīng)都有了，只不過RTOS會對內(nèi)核進(jìn)行更深入的修改，有針對delay延時(shí)的線程切換，搶占式任務(wù)切換這些更為復(fù)雜一些的功能等。

時(shí)間片輪循程序

時(shí)間片管理主要是通過對定時(shí)多處復(fù)用，在定時(shí)器計(jì)數(shù)，定時(shí)進(jìn)行標(biāo)志位的變化，繼而主程序?qū)?biāo)志真假的判斷，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間不同任務(wù)狀態(tài)執(zhí)行。

因?yàn)榇思軜?gòu)代碼比較好，我適當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)描述。

step

1：初始化相應(yīng)的定時(shí)器：注意設(shè)置定時(shí)器的間隔頻率，可以按照芯片的性能設(shè)置。例如，設(shè)置定時(shí)中斷為1ms，也可以設(shè)置為10ms，輪循架構(gòu)中的定時(shí)器部分與操作系統(tǒng)的定時(shí)器部分具有一樣的功能，中斷過于頻繁，影響主程的序執(zhí)行效率；中斷間隔過長，實(shí)時(shí)響應(yīng)效果差。

2：針對定時(shí)器運(yùn)行的任務(wù)設(shè)置一個(gè)函數(shù)結(jié)構(gòu)體標(biāo)志，用來在定時(shí)程序進(jìn)行時(shí)間計(jì)數(shù)以及標(biāo)志操作。

#define TaskTAB_NUM??6 //任務(wù)數(shù)量__packed typedef struct{ u8?flag; //定時(shí)標(biāo)志 u32?numcount;//按照定時(shí)中斷進(jìn)行計(jì)數(shù) u32?target; //設(shè)置的定時(shí)目標(biāo)數(shù)值 int(*fun)(void);//設(shè)置定時(shí)執(zhí)行的目標(biāo)任務(wù)函數(shù)}TaskTimTypeDef

step

3：建立一個(gè)任務(wù)表，通過結(jié)構(gòu)體表的設(shè)置，確定任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間表。

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)先級等都有關(guān)系，這個(gè)需要自己掌握。

/*MdmSendTimTab任務(wù)函數(shù)默認(rèn)周期,單位5ms,TIM7*/static TaskTimTypeDef?TaskTimTab[TaskTAB_NUM]?={ {1, 0, 30000,??????*Task00}, //Task00?3000數(shù)值是設(shè)置的定時(shí)目標(biāo)值，如果覺得反應(yīng)過慢，可以將此值設(shè)置小 {1, 0, 3000, *Task01}, //Task01 {1, 0, 300,????????*Task02}, //Task02 {1, 0, 30, *Task03}, //Task03 {1, 0, 3, *Task04}, //Task04 {1, 0, 0xFFFFFFFF,?*Task05}, //Task05  //可以按照TaskTAB_NUM數(shù)量添加任務(wù)};int?Task00(void)//按照結(jié)構(gòu)體的函數(shù)模板（int(*fun)(void);）寫任務(wù)函數(shù){...}//假設(shè)執(zhí)行按鍵操作int?Task01(void){...}//假設(shè)執(zhí)行USART發(fā)送任務(wù)int Task02(void){...}//假設(shè)執(zhí)行CAN通訊int Task03(void){...}//假設(shè)執(zhí)行繼電器控制int Task04(void){...}//假設(shè)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)解析int Task06(void){...}//假設(shè)執(zhí)行空

step

4：定時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)，按照我們需要的時(shí)間以及標(biāo)志操作進(jìn)行計(jì)時(shí)。

 //定時(shí)中斷服務(wù)函數(shù) void TimerInterrupt(void) { for(char?i=0;?i<TaskTAB_NUM;?i++) { if(TaskTimTab[i].flag == 1) { (TaskTimTab[i].numcount< TaskTimTab[i].target)//比較目前定時(shí)計(jì)數(shù)與目標(biāo)時(shí)間 (TaskTimTab[i].numcount++):(TaskTimTab[i].flag = 0); } } }

step

5：主函數(shù)進(jìn)行任務(wù)函數(shù)執(zhí)行。

int main(void) {  InitSys(); // 初始化  while (1)  { for(char i=0;?i////?任務(wù)處理  { if(TaskTimTab[i].flag == 0) { if(TaskTimTab.flag == 0) { TaskTimTab[i].flag = 1; TaskTimTab[i].numcount= 0; TaskTimTab[i].fun(); } } } } 

4.操作系統(tǒng)RTOS?

嵌入式操作系統(tǒng)是更加優(yōu)化的執(zhí)行框架，針對多任務(wù)，功能復(fù)雜，擴(kuò)展性要求強(qiáng)項(xiàng)目的代碼有非常好的使用。RTOS是針對不同處理器優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效率實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，RTOS可以面對幾十個(gè)系列的嵌入式處理器MPU、MCU、DSP、SOC等提供類同的API接口，這是RTOS基于設(shè)備獨(dú)立的應(yīng)用程序開發(fā)基礎(chǔ)。因此，基于RTOS的C語言程序具有極大的可移植性。目前針對微嵌入式或者單片機(jī)的操作系統(tǒng)有VxWorks、UCOS、Free RTOS、國產(chǎn)的RTT，這些操作系統(tǒng)大同小異，基本的功能都類似：任務(wù)管理、任務(wù)間同步和通信、內(nèi)存管理、實(shí)時(shí)時(shí)鐘服務(wù)、中斷管理服務(wù)。

（圖片來源博客）

RTOS在時(shí)間輪循的架構(gòu)上繼續(xù)增加了任務(wù)掛起以及恢復(fù)，阻塞切換線程等，屬于功能累加，進(jìn)一步的優(yōu)化。由于本次不是對RTOS的講解，本人學(xué)習(xí)應(yīng)用有UCOS、RTT、Free RTOS幾個(gè)操作系統(tǒng)，因?yàn)槠邢?，時(shí)間有限，我抽時(shí)間再進(jìn)行詳細(xì)的RTOS系統(tǒng)架構(gòu)學(xué)習(xí)等的介紹。

目前RTOS系統(tǒng)有很多，很多項(xiàng)目都傾向于使用RTOS，但是通過幾種架構(gòu)的分析明白不同的項(xiàng)目需要不同的架構(gòu)，并不是所有項(xiàng)目都需要，也都適合使用RTOS，例如項(xiàng)目中各個(gè)任務(wù)耦合性過大，如果用RTOS需要很多的任務(wù)同步，甚至都無法進(jìn)行線程的規(guī)劃。這樣就完全失去RTOS意義，此時(shí)用某些裸機(jī)的架構(gòu)反而更合適。

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