一些嵌入式軟件設計經驗

來源：CSDN

作者 |?twx11213030422

1、什么是框架？

程序框架其實就類似一個文件大綱或者模板。因為寫程序就和類似于寫文章，如果沒有大綱或者模板那么你寫起來就會比較費勁。

2、為什么要有框架？

節約時間，減少錯誤。因為對于一種類型的程序它們代碼結構體邏輯是一樣的，同時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固定的程序框架，那么我們再開發新的同一種類型的程序時就可以套用這套框架。

這樣會大大提高我們的開發效率，同時由于這個框架是一套公眾的大家都在使用的與維護的，使用它會使代碼邏輯更不容易出錯。

3、嵌入式系統組成

嵌入式控制系統基本都是由普通任務和中斷任務組成。

• 普通任務：指對時間響應要求不高或者說是那種周期性執行的任務；
• 中斷任務：指對時間響應要求高，必須立刻處理的任務；

4、常見的框架

4.1、輪詢無中斷

說明：所有的任務都是按照順序執行，為了減少整個系統的響應時間有兩種方法：

1. 任務中不要使用等待式的延時函數；
2. 任務無法一次執行完的情況下應該將任務分解成若干個小任務每次執行一個小任務循環直到任務完成；

上述兩種方法都會消耗內存，本來局部變量可以解決的事，現在只能用靜態或者全局變量來處理。

優點：程序執行流程簡單清晰；

缺點：對于系統修改功能非常不方便，同時如果任務數量增加的話會影響整個系統的響應時間，就會顯得系統卡頓；

偽代碼實現：

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

4.2、只有中斷

說明：在“只有中斷“的系統中，主函數main的循環中是不做任何操作的。

優點：可以實時響應異常的任務（事件）

缺點：中斷資源有限，當任務過多時會響應不及時。

偽代碼實現：

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

4.3、只有中斷框架的變種

說明：采用狀態機的機制來執行任務。中斷函數中設置狀態機的狀態，而main函數主循環中根據不同的狀態值執行不同的任務。這個其實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*/
????}
????return?0;
}
?
/*********中斷服務函數1************/
void?ISR1_IRQHandler(void)
{
????flag_1?=?~flag_1;
}
?
/*********中斷服務函數2************/
void?ISR2_IRQHandler(void)
{
????flag_2?=?~flag_2;
}
?
/*********中斷服務函數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放置在main函數中的主循環中執行：

優點：合理的利用資源，將常規任務與緊急任務分開來了。

缺點：程序結構與邏輯比較復雜，在任務分配以及協作之間需要花費很大精力。

偽代碼實現：

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*/
????}
????return?0;
}
?
/*********定時器中斷服務函數************/
void?ISR1_IRQHandler(void)
{
????
}

4.5、輪詢有中斷——虛擬定時器

說明：利用不同的”虛擬定時器“的定時時間來調用不同任務，當定時器的定時時間到時則執行回調函數或者調用任務函數。

這對于一些周期性運行的任務是非常適合的，同時中斷可以應對外界的突發事件。這樣實時性也可以得到保障，但要注意不要使用等待式延時。一般虛擬定時器的時基為1ms。

優點：任務的時間間隔可以相對精確的控制，同時由于中斷使用整個系統的實時性也很不錯。

缺點：任務的執行時間無法掌控，當定時任務執行時間過長時會影響到虛擬定時器的定時精度。

虛擬定時器實現代碼：

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

4.6、非搶占式實時操作系統

說明：任務之間沒有優先級之分，每個任務都是依次執行。但是任務的執行時間是由操作系統嚴格控制的。即使任務沒有執行完，當時間片時間達到時任務便會被掛起。

優點：不用再處心積慮的減少任務中的延時，我們只需要將精力放置在業務邏輯上。

缺點：任務之間是平級的，這就會導致有些任務無法得到緊急處理。

偽代碼實現：

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

4.7、搶占式實時操作系統

說明：每個任務之間是一個“死循環”同時任務都有一個優先級。高優先級的任務可以打斷低優先級的任務，這個就類似于中斷一樣。所以整個系統的實時性就非常好，同時每個任務都還受時間片的控制也就是說它們的執行時間是可以預測的。它也支持中斷可以響應緊急的事件。

優點：實時響應，工程師只需要將精力放置在業務邏輯的實現上

缺點：需要移植且對單片機硬件資源有一定要求；使用比較復雜。

常用的搶占式實時操作系統：Keil RTX、FreeRTOS、uCosII/III等等。

4.8、回調函數

什么是回調函數？

答：函數指針作為函數的形參，然后函數的調用通過此函數指針來實現。

回調函數中注冊與回調是什么？

答：注冊其實就是使用一個全局的函數指針，然后給此函數指針賦值（將我們自定義的函數名稱賦值給它）。然后在中斷或者其他地方通過此全局的函數指針來調用我們原先自定義的函數且這個自定義的函數我們也叫回調函數。