一些嵌入式軟件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

來源：CSDN

作者 | twx11213030422

1、什么是框架？

程序框架其實(shí)就類似一個(gè)文件大綱或者模板。因?yàn)閷懗绦蚓秃皖愃朴趯懳恼拢绻麤]有大綱或者模板那么你寫起來就會(huì)比較費(fèi)勁。

2、為什么要有框架？

節(jié)約時(shí)間，減少錯(cuò)誤。因?yàn)閷?duì)于一種類型的程序它們代碼結(jié)構(gòu)體邏輯是一樣的，同時(shí)有大量相似或者共同的地方。我們可以將這些共同的地方抽出來形成一個(gè)固定的程序框架，那么我們?cè)匍_發(fā)新的同一種類型的程序時(shí)就可以套用這套框架。

這樣會(huì)大大提高我們的開發(fā)效率，同時(shí)由于這個(gè)框架是一套公眾的大家都在使用的與維護(hù)的，使用它會(huì)使代碼邏輯更不容易出錯(cuò)。

3、嵌入式系統(tǒng)組成

嵌入式控制系統(tǒng)基本都是由普通任務(wù)和中斷任務(wù)組成。

• 普通任務(wù)：指對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求不高或者說是那種周期性執(zhí)行的任務(wù)；
• 中斷任務(wù)：指對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求高，必須立刻處理的任務(wù)；

4、常見的框架

4.1、輪詢無中斷

說明：所有的任務(wù)都是按照順序執(zhí)行，為了減少整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間有兩種方法：

1. 任務(wù)中不要使用等待式的延時(shí)函數(shù)；
2. 任務(wù)無法一次執(zhí)行完的情況下應(yīng)該將任務(wù)分解成若干個(gè)小任務(wù)每次執(zhí)行一個(gè)小任務(wù)循環(huán)直到任務(wù)完成；

上述兩種方法都會(huì)消耗內(nèi)存，本來局部變量可以解決的事，現(xiàn)在只能用靜態(tài)或者全局變量來處理。

優(yōu)點(diǎn)：程序執(zhí)行流程簡(jiǎn)單清晰；

缺點(diǎn)：對(duì)于系統(tǒng)修改功能非常不方便，同時(shí)如果任務(wù)數(shù)量增加的話會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，就會(huì)顯得系統(tǒng)卡頓；

偽代碼實(shí)現(xiàn)：

int main(void)
{
    while(1)
    {
        doSomething_1(); //任務(wù)1
        doSomething_2(); //任務(wù)2
        doSomething_3(); //任務(wù)3
        /*其他各種任務(wù)*/
    }
    return 0;
}

4.2、只有中斷

說明：在“只有中斷“的系統(tǒng)中，主函數(shù)main的循環(huán)中是不做任何操作的。

優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)時(shí)響應(yīng)異常的任務(wù)（事件）

缺點(diǎn)：中斷資源有限，當(dāng)任務(wù)過多時(shí)會(huì)響應(yīng)不及時(shí)。

偽代碼實(shí)現(xiàn)：

int main(void)
{
    while(1)
    {
        ;
    }
}
 
/*中斷服務(wù)函數(shù)1*/
void ISR1_IRQHandler(void)
{
    doSomething_1();
}
 
/*中斷服務(wù)函數(shù)2*/
void ISR2_IRQHandler(void)
{
    doSomething_2();
}

4.3、只有中斷框架的變種

說明：采用狀態(tài)機(jī)的機(jī)制來執(zhí)行任務(wù)。中斷函數(shù)中設(shè)置狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，而main函數(shù)主循環(huán)中根據(jù)不同的狀態(tài)值執(zhí)行不同的任務(wù)。這個(gè)其實(shí)不屬于真正只有中斷的形式。

int main(void)
{
    while(1)
    {
        if(flag_1)
        {
            doSomething_1();
        }
        if(flag_2)
        {
            doSomething_2();
        }
        if(flag_3)
        {
            doSomething_3();
        }
        /*其他各種任務(wù)*/
    }
    return 0;
}
 
/*********中斷服務(wù)函數(shù)1************/
void ISR1_IRQHandler(void)
{
    flag_1 = ~flag_1;
}
 
/*********中斷服務(wù)函數(shù)2************/
void ISR2_IRQHandler(void)
{
    flag_2 = ~flag_2;
}
 
/*********中斷服務(wù)函數(shù)3************/
void ISR3_IRQHandler(void)
{
    flag_3 = ~flag_3;
}

4.4、輪詢有中斷

說明：將一些周期性的任務(wù)放置在main函數(shù)中的主循環(huán)中執(zhí)行：

優(yōu)點(diǎn)：合理的利用資源，將常規(guī)任務(wù)與緊急任務(wù)分開來了。

缺點(diǎn)：程序結(jié)構(gòu)與邏輯比較復(fù)雜，在任務(wù)分配以及協(xié)作之間需要花費(fèi)很大精力。

偽代碼實(shí)現(xiàn)：

int main(void)
{
    while(1)
    {
        if(flag_1)
        {
            doSomething_1();
        }
        if(flag_2)
        {
            doSomething_2();
        }
        if(flag_3)
        {
            doSomething_3();
        }
        /*其他各種任務(wù)*/
    }
    return 0;
}
 
/*********定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)************/
void ISR1_IRQHandler(void)
{
    
}

4.5、輪詢有中斷——虛擬定時(shí)器

說明：利用不同的”虛擬定時(shí)器“的定時(shí)時(shí)間來調(diào)用不同任務(wù)，當(dāng)定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間到時(shí)則執(zhí)行回調(diào)函數(shù)或者調(diào)用任務(wù)函數(shù)。

這對(duì)于一些周期性運(yùn)行的任務(wù)是非常適合的，同時(shí)中斷可以應(yīng)對(duì)外界的突發(fā)事件。這樣實(shí)時(shí)性也可以得到保障，但要注意不要使用等待式延時(shí)。一般虛擬定時(shí)器的時(shí)基為1ms。

優(yōu)點(diǎn)：任務(wù)的時(shí)間間隔可以相對(duì)精確的控制，同時(shí)由于中斷使用整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性也很不錯(cuò)。

缺點(diǎn)：任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間無法掌控，當(dāng)定時(shí)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)會(huì)影響到虛擬定時(shí)器的定時(shí)精度。

虛擬定時(shí)器實(shí)現(xiàn)代碼：

https://codeload.github.com/0x1abin/MultiTimer/zip/master

4.6、非搶占式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

說明：任務(wù)之間沒有優(yōu)先級(jí)之分，每個(gè)任務(wù)都是依次執(zhí)行。但是任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間是由操作系統(tǒng)嚴(yán)格控制的。即使任務(wù)沒有執(zhí)行完，當(dāng)時(shí)間片時(shí)間達(dá)到時(shí)任務(wù)便會(huì)被掛起。

優(yōu)點(diǎn)：不用再處心積慮的減少任務(wù)中的延時(shí)，我們只需要將精力放置在業(yè)務(wù)邏輯上。

缺點(diǎn)：任務(wù)之間是平級(jí)的，這就會(huì)導(dǎo)致有些任務(wù)無法得到緊急處理。

偽代碼實(shí)現(xiàn)：

https://blog.csdn.net/twx11213030422/article/details/104637273

4.7、搶占式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

說明：每個(gè)任務(wù)之間是一個(gè)“死循環(huán)”同時(shí)任務(wù)都有一個(gè)優(yōu)先級(jí)。高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可以打斷低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，這個(gè)就類似于中斷一樣。所以整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性就非常好，同時(shí)每個(gè)任務(wù)都還受時(shí)間片的控制也就是說它們的執(zhí)行時(shí)間是可以預(yù)測(cè)的。它也支持中斷可以響應(yīng)緊急的事件。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)響應(yīng)，工程師只需要將精力放置在業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)上

缺點(diǎn)：需要移植且對(duì)單片機(jī)硬件資源有一定要求；使用比較復(fù)雜。

常用的搶占式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：Keil RTX、FreeRTOS、uCosII/III等等。

4.8、回調(diào)函數(shù)

什么是回調(diào)函數(shù)？

答：函數(shù)指針作為函數(shù)的形參，然后函數(shù)的調(diào)用通過此函數(shù)指針來實(shí)現(xiàn)。

回調(diào)函數(shù)中注冊(cè)與回調(diào)是什么？

答：注冊(cè)其實(shí)就是使用一個(gè)全局的函數(shù)指針，然后給此函數(shù)指針賦值（將我們自定義的函數(shù)名稱賦值給它）。然后在中斷或者其他地方通過此全局的函數(shù)指針來調(diào)用我們?cè)茸远x的函數(shù)且這個(gè)自定義的函數(shù)我們也叫回調(diào)函數(shù)。