嵌入式应用软件架构
嵌入式应用软件架构
- 架构1: 顺序执行（前后台系统）
- 架构2: 时间片轮询
- 架构3: 嵌入式实时操作系统
参考文献：
《ARM嵌入式应用程序架构设计实例精讲》
架构1: 顺序执行（前后台系统）
特点：
1.程序设计简单，思路比较清晰，基本不考虑每个函数执行所需。
2.实时性和并行性要求不太高的情况下使用。
3.程序逻辑复杂度提升时，不利于升级维护，也不利于代码优化。
架构例程：
/**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
InitSys(); // 初始化系统
InitModule(); // 初始化各个模块
while (1) {
Task1();
Task2();
...
Taskn();
}
}
架构2: 时间片轮询
特点：
1.实时性较高，无需时刻进入每个任务函数。
2.须使用一个定时器，假设定时器中断为1ms作为系统的最小节拍（当然你可以改成10ms，这个和操作系统一样，中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差）。
3.程序逻辑复杂度提升时，利于升级维护，也利于代码优化。
- 定义一个数值：
#define TASK_NUM (3) // 这里定义的任务数为3，表示有三个任务会使用此定时器定时。
uint16 TaskCount[TASK_NUM] ; // 这里为三个任务定义三个变量来存放定时值
uint8 TaskMark[TASK_NUM]; // 同样对应三个标志位，为0表示时间没到，为1表示定时时间到。
- 在定时器中断服务函数中添加：
/**************************************************************************************
* FunctionName : TimerInterrupt()
* Description : 定时中断服务函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TimerInterrupt(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_NUM; i++)
{
if (TaskCount[i])
{
TaskCount[i]--;
if (TaskCount[i] == 0)
{
TaskMark[i] = 0x01;
}
}
}
}
//代码解释：定时中断服务函数，在中断中逐个判断，如果定时值为0了，表示没有使用此定时器或此定时器已经完成定时，不着处理。
//否则定时器减一，直到为零时，相应标志位值1，表示此任务的定时值到了。
- 在我们的应用程序中，在需要的应用定时的地方添加如下代码，下面就以任务1为例：
TaskCount[0] = 20; // 延时20ms
TaskMark[0] = 0x00; // 启动此任务的定时器
//到此我们只需要在任务中判断TaskMark[0] 是否为0x01即可。其他任务添加相同，至此一个定时器的复用问题就实现了。
通过上面对1个定时器的复用我们可以看出，在等待一个定时的到来的同时我们可以循环判断标志位，同时也可以去执行其他函数。
时间片轮询法架构：
- 设计一个结构体：
// 任务结构
typedef struct _TASK_COMPONENTS
{
uint8 Run; // 程序运行标记：0-不运行，1运行
uint8 Timer; // 计时器
uint8 ItvTime; // 任务运行间隔时间
void (*TaskHook)(void); // 要运行的任务函数
} TASK_COMPONENTS; // 任务定义
- 任务运行标志出来，此函数就相当于中断服务函数，需要在定时器的中断服务函数中调用此函数，这里独立出来，并于移植和理解。
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskRemarks()
* Description : 任务标志处理
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskRemarks(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐个任务时间处理
{
if (TaskComps[i].Timer) // 时间不为0
{
TaskComps[i].Timer--; // 减去一个节拍
if (TaskComps[i].Timer == 0) // 时间减完了
{
TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime; // 恢复计时器值，从新下一次
TaskComps[i].Run = 1; // 任务可以运行
}
}
}
}
- 任务处理
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskProcess()
* Description : 任务处理
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskProcess(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐个任务时间处理
{
if (TaskComps[i].Run) // 时间不为0
{
TaskComps[i].TaskHook(); // 运行任务
TaskComps[i].Run = 0; // 标志清0
}
}
}
//此函数就是判断什么时候该执行那一个任务了，实现任务的管理操作，
//应用者只需要在main()函数中调用此函数就可以了，并不需要去分别调用和处理任务函数。
时间片轮询实例：时钟显示，按键扫描，和工作状态显示。
- 定义一个上面定义的那种结构体变量
/**************************************************************************************
* Variable definition
**************************************************************************************/
/* 实际工程中最好改成 register_task(TaskDisplayClock) 和 register_task(TaskDisplayClock) 函数 */
static TASK_COMPONENTS TaskComps[] =
{
{0, 60, 60, TaskDisplayClock}, // 显示时钟
{0, 20, 20, TaskKeySan}, // 按键扫描
{0, 30, 30, TaskDispStatus}, // 显示工作状态
// 这里添加你的任务。。。。
};
//大概意思是，我们有三个任务，没1s执行以下时钟显示，因为我们的时钟最小单位是1s，所以在秒变化后才显示一次就够了。
//由于按键在按下时会参数抖动，而我们知道一般按键的抖动大概是20ms，那么我们在顺序执行的函数中一般是延伸20ms，
//而这里我们每20ms扫描一次，是非常不错的出来，即达到了消抖的目的，也不会漏掉按键输入。
//为了能够显示按键后的其他提示和工作界面，我们这里设计每30ms显示一次，如果你觉得反应慢了，你可以让这些值小一点。
//后面的名称是对应的函数名，你必须在应用程序中编写这函数名称和这三个一样的任务。
- 任务列表
// 任务清单
typedef enum _TASK_LIST
{
TAST_DISP_CLOCK, // 显示时钟
TAST_KEY_SAN, // 按键扫描
TASK_DISP_WS, // 工作状态显示
// 这里添加你的任务。。。。
TASKS_MAX // 总的可供分配的定时任务数目
} TASK_LIST;
//我们这里定义这个任务清单的目的其实就是参数TASKS_MAX的值，其他值是没有具体的意义的，只是为了清晰的表面任务的关系而已。
- 编写任务函数
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskDisplayClock()
* Description : 显示任务
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskDisplayClock(void)
{
}
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskKeySan()
* Description : 扫描任务
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskKeySan(void)
{
}
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskDispStatus()
* Description : 工作状态显示
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskDispStatus(void)
{
}
// 这里添加其他任务。。。。。。。。。
- 主函数
/**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
InitSys(); // 初始化
while (1)
{
TaskProcess(); // 任务处理
}
}
注意任务之间进行数据传递时，需要采用全局变量，除此之外还需要注意划分任务以及任务的执行时间，在编写任务时，尽量让任务尽快执行完成。
架构3: 嵌入式实时操作系统
特点：
1.任务的管理本封装好。
2.多线程、多进程（任务之间数据共享：全局变量、信号、消息队列……）
uCOS系统架构例程：
/**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
OSInit(); // 初始化uCOS-II
OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskStart, // 任务指针
(void *) 0, // 参数
(OS_STK *) &TaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE - 1], // 堆栈指针
(INT8U ) TASK_START_PRIO); // 任务优先级
OSStart(); // 启动多任务环境
return (0);
}
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskStart()
* Description : 任务创建，只创建任务，不完成其他工作
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskStart(void* p_arg)
{
OS_CPU_SysTickInit(); // Initialize the SysTick.
#if (OS_TASK_STAT_EN > 0)
OSStatInit(); // 这东西可以测量CPU使用量
#endif
OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskLed, // 任务1
(void *) 0, // 不带参数
(OS_STK *) &TaskLedStk[TASK_LED_STK_SIZE - 1], // 堆栈指针
(INT8U ) TASK_LED_PRIO); // 优先级
// Here the task of creating your
while (1)
{
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100);
}
}