在底層代碼編寫中,初始的框架設計總會面臨選擇,針對實際的硬件使用環境,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,讓大家能夠理解并選擇合適的架構。
1. 簡單的順序執行程序:這類寫法是大多數人使用的方法,不需用思考程序的具體架構,直接按照執行順序編寫應用程序即可。
2.前后臺執行程序:在順序執行的情況上增添中斷前臺處理機制,配置順序執行的后臺大循環程序,組合成可以實時響應的程序。
3. 時間片輪循法:在前后臺的執行架構上,通過計數器進一步規劃程序,定時執行特定的片段。
4. 實時操作系統:實時操作系統又叫RTOS,實時性,RTOS的內核負責管理所有的任務,內核決定了運行哪個任務,何時停止當前任務切換到其 他任務,這個是內核的多任務管理能力。多任務 管理給人的感覺就好像芯片有多個CPU,多任務管理實現了CPU資源的最大化利用,多任務管理有助于實現程序的模塊化開發,能夠實現復雜的實時應用。除了實時性,還有可剝奪內核,顧名思義就是可以剝奪其他任務的CPU使用權,它總是運行就緒任務中的優先級最高的那個任務。
1.簡單的順序執行程序
2.前后臺執行程序
這種程序特點是,后臺大循環中一直執行默認的程序,中斷服務程序(ISR)產生相應中斷標記,主程序運行與中斷標記相關聯的任務程序。一般實現有如下思路:
通過設置標志變量,然后在前臺響應中斷的時候進行對標志變量的置位或者復位,實現事件的信號獲取,再在后臺主循環進行中斷所對應事物或者數據的處理,將程序流程轉移到主程序。
3.時間片輪循架構
時間片輪循法,大家看到它的時候,一般會將它與操作系統進行比較。不是說操作系統包含這種方法,而是在前后臺程序中配合時間管理形成時間片輪循架構。
這種架構已經最大限度接近RTOS,時間管理,中斷管理,任務管理,已經都有了,只不過RTOS會對內核進行更深入的修改,有針對delay延時的線程切換,搶占式任務切換這些更為復雜一些的功能等。
時間片輪循程序
時間片管理主要是通過對定時多處復用,在定時器計數,定時進行標志位的變化,繼而主程序對標志真假的判斷,實現不同時間不同任務狀態執行。
因為此架構代碼比較好,我適當進行詳細描述。
1:初始化相應的定時器:注意設置定時器的間隔頻率,可以按照芯片的性能設置。例如,設置定時中斷為1ms,也可以設置為10ms,輪循架構中的定時器部分與操作系統的定時器部分具有一樣的功能,中斷過于頻繁,影響主程的序執行效率;中斷間隔過長,實時響應效果差。
2:針對定時器運行的任務設置一個函數結構體標志,用來在定時程序進行時間計數以及標志操作。
4:定時中斷服務函數,按照我們需要的時間以及標志操作進行計時。
5:主函數進行任務函數執行。
4.操作系統RTOS
嵌入式操作系統是更加優化的執行框架,針對多任務,功能復雜,擴展性要求強項目的代碼有非常好的使用。RTOS是針對不同處理器優化設計的高效率實時多任務內核,RTOS可以面對幾十個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基于設備獨立的應用程序開發基礎。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的操作系統有VxWorks、UCOS、Free RTOS、國產的RTT,這些操作系統大同小異,基本的功能都類似:任務管理、任務間同步和通信、內存管理、實時時鐘服務、中斷管理服務。