幾種常見的單片機編程框架

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。

為什么要有框架？

節(jié)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(fā)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(fā)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。

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”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(zhí)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；

常見的框架

1、輪詢無中斷

說明：所有的任務都是按照順序執(zhí)行，為了減少整個系統(tǒng)的響應時間有兩種方法：

1. 1. 任務中不要使用等待式的延時函數(shù)；

2. 2. 任務無法一次執(zhí)行完的情況下應該將任務分解成若干個小任務每次執(zhí)行一個小任務循環(huán)直到任務完成；上述兩種方法都會消耗內(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。

1. 
   

2. 優(yōu)點：程序執(zhí)行流程簡單清晰；

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

偽代碼實現(xiàn)：

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;
}

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：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(xiàn)：

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

3、只有中斷框架的變種

說明：采用狀態(tài)機的機制來執(zhí)行任務。中斷函數(shù)中設置狀態(tài)機的狀態(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。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(shù)1************/ void ISR1_IRQHandler(void)
{
    flag_1 = ~flag_1;
}
  /*********中斷服務函數(shù)2************/ void ISR2_IRQHandler(void)
{
    flag_2 = ~flag_2;
}
  /*********中斷服務函數(shù)3************/ void ISR3_IRQHandler(void)
{
    flag_3 = ~flag_3;
}

4、輪詢有中斷

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

優(yōu)點：合理的利用資源，將常規(guī)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(xié)作之間需要花費很大精力。

偽代碼實現(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*/     }
    return 0;
}
  /*********定時器中斷服務函數(shù)************/ void ISR1_IRQHandler(void)
{
    
}

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(diào)用不同任務，當定時器的定時時間到時則執(zhí)行回調(diào)函數(shù)或者調(diào)用任務函數(shù)。

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(fā)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(yōu)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(tǒng)的實時性也很不錯。

缺點：任務的執(zhí)行時間無法掌控，當定時任務執(zhí)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(xiàn)代碼：

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

6、非搶占式實時操作系統(tǒng)

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

優(yōu)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(yè)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(xiàn)：

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

7、搶占式實時操作系統(tǒng)

說明：每個任務之間是一個“死循環(huán)”同時任務都有一個優(yōu)先級。高優(yōu)先級的任務可以打斷低優(yōu)先級的任務，這個就類似于中斷一樣。所以整個系統(tǒng)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(zhí)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(yōu)點：實時響應，工程師只需要將精力放置在業(yè)務邏輯的實現(xiàn)上

缺點：需要移植且對單片機硬件資源有一定要求。

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