中止多任务+状态机 单片机软件结构设计

mcu因为内部资源的约束，软件规划有其特殊性，程序一般没有杂乱的算法以及数据结构，代码量也不大，一般不会运用OS (Operating System),因为关于一个只要若干K ROM,一百多byte RAM的mcu来说，一个简略OS也会吃掉大部分的资源。

关于无os的体系，盛行的规划是主程序(主循环) +（守时）中止，这种结构尽管契合天然主意，不过却有许多晦气之处，首要是中止能够在主程序的任何地方产生，随意打断主程序。其次主程序与中止之间的耦合性（关联度）较大，这种做法使得主程序与中止环绕在一起，有必要细心处理以防不测。

那么换一种思路，假如把主程序悉数放入（守时）中止中会怎么样？这么做至少能够当即看到几个优点:体系能够处于低功耗的休眠状况，将由中止唤醒进入主程序;假如程序跑飞，则中止能够拉回；没有了主从之分（其他中止另计），程序易于模块化。

(题外话：这种办法就不会有何处喂狗的说法，也没有中止是否应该尽可能的简略的争辩了)

为了把主程序悉数放入（守时）中止中，有必要把程序化分红一个个的模块，即使命，每个使命完结一个特定的功用，例如扫描键盘并检测按键。设定一个合理的时基(tick),例如5, 10或20 ms,每次守时中止，把一切使命履行一遍，为削减杂乱性，一般不做动态调度（最多运用固定数组以简化规划，做动态调度就挨近os了），这实际上是一种无优先级时刻片轮循的变种。来看看主程序的构成：

void main()

{

….// Initialize

while (true) {

IDLE；//sleep

}

}

这儿的IDLE是一条sleep指令，让mcu进入低功耗形式。中止程序的构成

void Timer_Interrupt()

{

SetTimer();

ResetStack();

Enable_Timer_Interrupt;

….

进入中止后，首要重置Timer,这首要针对8051, 8051主动重装分频器只要8-bit,难以做到长时刻守时；复位stack，即把stack指针赋值为栈顶或栈底（关于pic，TI DSP等运用循环栈的mcu来说，则无此必要），用以表明与曩昔分裂，并且不准备回来到中止点，确保不会保存程序在跑飞时stack中的遗体。Enable_Timer_Interrupt也首要是针对8051。8051因为中止操控较弱，只要两级中止优先级，并且运用了假如中止程序不必reti回来，则不能呼应同级中止这种偷闲办法，所以关于8051,有必要调用一次reti来敞开中止：

_Enable_Timer_Interrupt:

acall_reti

_reti:reti

下面便是使命的履行了，这儿有几种办法。榜首种是选用固定次序，因为mcu程序杂乱度不高，大都情况下能够选用这种办法：

…

Enable_Timer_Interrupt;

ProcessKey();

RunTask2();

…

RunTaskN();

while (1) IDLE；

能够看到中止把一切使命调用一遍，至于使命是否需求运转，由程序员自己操控。另一种做法是经过函数指针数组：

#define CountOfArray(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))

typedef void (*FUNCTIONPTR)();

const FUNCTIONPTR[] tasks = {

ProcessKey,

RunTask2，

…

RunTaskN

};

void Timer_Interrupt()

{

SetTimer();

ResetStack();

Enable_Timer_Interrupt;

for (i=0; i

(*tasks[i])();

while (1) IDLE；

}

运用const是让数组内容坐落code segment（ROM)而非data segment (RAM)中，8051中运用code作为const的替代品。

(题外话：关于函数指针赋值时是否需求取地址操作符&的问题，与数组名相同，取决于compiler.关于了解汇编的人来说，函数名和数组名都是常数地址，无需也不能取地址。关于不了解汇编的人来说，用&取地址是天经地义的工作。Visual C++ 2005对此两者都支撑)

这种办法在汇编下表现为散转,一个小技巧是使用stack获取跳转表进口:

movA, state

acallMultiJump

ajmpstate0

ajmpstate1

…

MultiJump:popDPH

popDPL

rlA

jmp@A+DPTR

还有一种办法是把函数指针数组（动态数组，链表更好，不过在mcu中不适用）放在data segment中，便于修正函数指针以运转不同的使命，这现已挨近于动态调度了：

FUNCTIONPTR[COUNTOFTASKS] tasks;

tasks[0] = ProcessKey;

tasks[0] = RunTaskM;

tasks[0] = NULL;

…

FUNCTIONPTR pFunc;

for (i=0; i< COUNTOFTASKS; i++){

pFunc = tasks[i]);

if (pFunc != NULL)

(*pFunc)();

}

经过上面的手法，一个中止驱动的结构形成了，下面的工作便是确保每个tick内一切使命的运转时刻总和不能超过一个tick的时刻。为了做到这一点，有必要把每个使命切分红一个个的时刻片，每个tick内运转一片。这儿引入了状况机(state machine)来完成切分。关于state machine,许多书中都有介绍，这儿就不多说了。

(题外话：实践提高出理论，理论再作用于实践。我很长时刻不知道我一向沿袭的办法便是state machine，直到学习UML/C++，书中介绍tachniques for identifying dynamic behvior，刚才恍然大悟。功夫在诗外，把握C++,乃至C# JAVA,对了解嵌入式程序规划，会有极大的协助)

状况机的程序完成适当简略，榜首种办法是用swich-case完成：

void RunTaskN()

{

switch (state) {

case 0: state0(); break;

case 1: state1(); break;

…

case M: stateM(); break;

default:

state = 0;

}

}

另一种办法仍是用更通用简练的函数指针数组：

const FUNCTIONPTR[] states = { state0, state1, …, stateM };

void RunTaskN()

{

(*states[state])();

}

下面是state machine操控的比如：

void state0() { }

void state1() { state++; }//next state;

void state2() { state+=2; }//go to state 4;

void state3() { state–; }//go to previous state;

void state4() { delay = 100; state++; }

void state5() { delay–; if (delay <= 0) state++; }//delay 100*tick

void state6() { state=0; }//go to the first state

一个小技巧是把榜首个状况state0设置为空状况，即：

void state0() { }

这样，state =0能够让整个task中止运转，假如需求投入运转，简略的让state = 1即可。