你的單片機(jī)裸機(jī)程序框架是怎樣的？

前言

前不久，我有位做測(cè)試的朋友轉(zhuǎn)去做開(kāi)發(fā)的工作，面試遇到了一個(gè)問(wèn)題，他沒(méi)明白，打電話問(wèn)了我。題目大概就是：

在單片機(jī)裸機(jī)開(kāi)發(fā)時(shí)，單片機(jī)要處理多個(gè)任務(wù)，此時(shí)你的程序框架是怎樣的呢？

這其實(shí)是個(gè)經(jīng)典面試問(wèn)題，我以前面試也被問(wèn)過(guò)。

答案一：輪詢系統(tǒng)

代碼結(jié)構(gòu)如：

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int?main(void)
{
?init_something();
?
?while(1)
?{
??do_something1();
????????do_something2();
????????do_something3();
?}
}

這種結(jié)構(gòu)大概是我們初學(xué)單片機(jī)的時(shí)候的代碼結(jié)構(gòu)。在沒(méi)有外部事件驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以較好使用。

只答出了這種情況，印象分估計(jì)會(huì)比較低，多半涼涼。

答案二：前后臺(tái)系統(tǒng)

代碼結(jié)構(gòu)如（該代碼來(lái)自 《RT-Thread內(nèi)核實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐指南》 ）：

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int?flag1?=?0;
int?flag2?=?0;
int?flag3?=?0;

int?main(void)
{
?/*?硬件相關(guān)初始化?*/
?HardWareInit();

?/*?無(wú)限循環(huán)?*/
?for?(;;)?{
???if?(flag1)?{
?????/*?處理事情?1?*/
?????DoSomething1();
???}

???if?(flag2)?{
?????/*?處理事情?2?*/
?????DoSomethingg2();
???}

???if?(flag3)?{
?????/*?處理事情?3?*/
?????DoSomethingg3();
???}
?}
}

void?ISR1(void)
{
?/*?置位標(biāo)志位?*/
?flag1?=?1;
?/*?如果事件處理時(shí)間很短，則在中斷里面處理
?如果事件處理時(shí)間比較長(zhǎng)，在回到后臺(tái)處理?*/
?DoSomething1();
}

void?ISR2(void)
{
?/*?置位標(biāo)志位?*/
?flag2?=?2;

?/*?如果事件處理時(shí)間很短，則在中斷里面處理
?如果事件處理時(shí)間比較長(zhǎng)，在回到后臺(tái)處理?*/
?DoSomething2();
}

void?ISR3(void)
{
?/*?置位標(biāo)志位?*/
?flag3?=?1;
?/*?如果事件處理時(shí)間很短，則在中斷里面處理
?如果事件處理時(shí)間比較長(zhǎng)，在回到后臺(tái)處理?*/
?DoSomething3();
}

此處，中斷稱為前臺(tái)，main中的while循環(huán)稱為后臺(tái)。相比于循環(huán)系統(tǒng)，這種方式相對(duì)可以提高外部事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

可以回答出這種情況，印象分大概一半以上，會(huì)再細(xì)問(wèn)。

答案三：升級(jí)版前后臺(tái)系統(tǒng)（軟件定時(shí)器法）

以前，學(xué)C語(yǔ)言時(shí)，常常聽(tīng)到有人說(shuō)：指針是C語(yǔ)言的靈魂，沒(méi)學(xué)會(huì)指針就是沒(méi)學(xué)會(huì)C語(yǔ)言。。

后來(lái)，學(xué)單片機(jī)時(shí)，又聽(tīng)到有人說(shuō)：中斷和定時(shí)器是單片機(jī)的靈魂，沒(méi)掌握中斷與定時(shí)器就沒(méi)學(xué)會(huì)單片機(jī)。。

大佬們都那么說(shuō)了，那就拿定時(shí)器來(lái)搞點(diǎn)事情。定時(shí)器渾身都是寶，本篇筆記我們來(lái)介紹使用定時(shí)器（系統(tǒng)滴答定時(shí)器或者其它定時(shí)器）來(lái)做的裸機(jī)框架。軟件定時(shí)器法也有另一種說(shuō)法：時(shí)間片輪詢法。

可以回答出這種情況，這場(chǎng)面試多半穩(wěn)了。

下面以STM32單片機(jī)為例看看這種方法的使用。

站在巨人的肩膀上

開(kāi)源項(xiàng)目—— MultiTimer ，項(xiàng)目倉(cāng)庫(kù)地址：

https://github.com/0x1abin/MultiTimer

1、MultiTimer 簡(jiǎn)介

MultiTimer 是一個(gè)軟件定時(shí)器擴(kuò)展模塊，可無(wú)限擴(kuò)展你所需的定時(shí)器任務(wù)，取代傳統(tǒng)的標(biāo)志位判斷方式， 更優(yōu)雅更便捷地管理程序的時(shí)間觸發(fā)時(shí)序。

2、MultiTimer 的demo

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#include?"multi_timer.h"

struct?Timer?timer1;
struct?Timer?timer2;

void?timer1_callback()
{
????printf("timer1?timeout!\r\n");
}

void?timer2_callback()
{
????printf("timer2?timeout!\r\n");
}

int?main()
{
????timer_init(&timer1,?timer1_callback,?1000,?1000);?//1s?loop
????timer_start(&timer1);
????
????timer_init(&timer2,?timer2_callback,?50,?0);?//50ms?delay
????timer_start(&timer2);
????
????while(1)?{
????????
????????timer_loop();
????}
}

void?HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
????timer_ticks();?//1ms?ticks
}

3、MultiTimer 的移植、剖析

想要對(duì)MultiTimer 進(jìn)行深入學(xué)習(xí)可閱讀項(xiàng)目源碼及如下這篇文章：

第6期 | MultiTimer，一款可無(wú)限擴(kuò)展的軟件定時(shí)器

自己動(dòng)手，豐衣足食

1、代碼模板

準(zhǔn)備一個(gè)定時(shí)器，可以是系統(tǒng)滴答定時(shí)器，也可以是TIM定時(shí)器，使用這個(gè)定時(shí)器拓展出多個(gè)軟件定時(shí)器。

比如我們系統(tǒng)中有三個(gè)任務(wù)：LED翻轉(zhuǎn)、溫度采集、溫度顯示。此時(shí)我們可以使用一個(gè)硬件定時(shí)器拓展出3個(gè)軟件定時(shí)器，定義如下宏定義：

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#define??MAX_TIMER????????????3????????????//?最大定時(shí)器個(gè)數(shù)
EXT?volatile?unsigned?long????g_Timer1[MAX_TIMER];?
#define??LedTimer?????????????g_Timer1[0]??//?LED翻轉(zhuǎn)定時(shí)器
#define??GetTemperatureTimer??g_Timer1[1]??//?溫度采集定時(shí)器
#define??SendToLcdTimer???????g_Timer1[2]??//?溫度顯示定時(shí)器

#define??TIMER1_SEC????????(1)??????????????//?秒
#define??TIMER1_MIN????????(TIMER1_SEC*60)??//?分

在定時(shí)器初始化的時(shí)候也順便給三個(gè)軟件定時(shí)器進(jìn)行初始化操作：

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/********************************************************************************************************
**?函數(shù):?TIM1_Init,?通用定時(shí)器1初始化
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
**?參數(shù): arr：自動(dòng)重裝值 psc：時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù)
**?說(shuō)明:?定時(shí)器溢出時(shí)間計(jì)算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft
**?返回:?void?
********************************************************************************************************/
void?TIM1_Init(uint16_t?arr,?uint16_t?psc)
{
????TIM_TimeBaseInitTypeDef??TIM_TimeBaseStructure;
?NVIC_InitTypeDef?NVIC_InitStructure;
?
?RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,?ENABLE);?
?
?/*?定時(shí)器TIM1初始化?*/
?TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period?=?arr;?
?TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler?=psc;?
?TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision?=?TIM_CKD_DIV1;?
?TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode?=?TIM_CounterMode_Up;??
?TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
?TIM_TimeBaseInit(TIM1,?&TIM_TimeBaseStructure);?
??TIM_ClearFlag(TIM1,TIM_FLAG_Update?);
?
?/*?中斷使能?*/
?TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,?ENABLE?);?
?
?/*?中斷優(yōu)先級(jí)NVIC設(shè)置?*/
????NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel?=??TIM1_UP_IRQn;
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority?=?1;??
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority?=?0;??
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd?=?ENABLE;
?NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);??
?TIM_Cmd(TIM1,?ENABLE);??
????
?//?全局定時(shí)器初始化
?for(int?i?=?0;?i??{
??g_Timer1[i]?=?0;???
?}
}

在定時(shí)器中斷中對(duì)這些軟件定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)值做遞減操作：

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/********************************************************************************************************
**?函數(shù):?TIM1_IRQHandler,??定時(shí)器1中斷服務(wù)程序
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
**?參數(shù):?無(wú)
**?返回:?無(wú)?
********************************************************************************************************/
void?TIM1_UP_IRQHandler(void)???//TIM1中斷
{
?uint8?i;
?
?if?(TIM_GetITStatus(TIM1,?TIM_IT_Update)?!=?RESET)??//?檢查TIM1更新中斷發(fā)生與否
?{
??//-------------------------------------------------------------------------------
??//?各種定時(shí)間器計(jì)時(shí)
??for?(i?=?0;?i?//?定時(shí)時(shí)間遞減?????
???if(?g_Timer1[i]?)?g_Timer1[i]--?;
??TIM_ClearITPendingBit(TIM1,?TIM_IT_Update);?????//清除TIMx更新中斷標(biāo)志?
?}
}?

我們?cè)诟鱾€(gè)定時(shí)任務(wù)中給這些軟件定時(shí)器賦予定時(shí)值，這些定時(shí)值遞減到0則該任務(wù)會(huì)被觸發(fā)執(zhí)行，比如：

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void?Task_Led(void)
{
?//----------------------------------------------------------------
?//?等待定時(shí)時(shí)間
?if(LedTimer)?return;
?LedTimer?=?1?*?TIMER1_SEC;
?//----------------------------------------------------------------
?//?LED任務(wù)主體
?LedToggle();
}

void?Task_GetTemperature(void)
{
?//----------------------------------------------------------------
?//?等待定時(shí)時(shí)間
?if(LedTimer)?return;
?LedTimer?=?2?*?TIMER1_SEC;
?//----------------------------------------------------------------
?//?溫度采集任務(wù)主體
?GetTemperature();
}

void?Task_SendToLcd(void)
{
?//----------------------------------------------------------------
?//?等待定時(shí)時(shí)間
?if(LedTimer)?return;
?LedTimer?=?2?*?TIMER1_SEC;
?//----------------------------------------------------------------
?//?溫度顯示任務(wù)主體
?LcdDisplay();
}

如此一來(lái)，每過(guò)1、2、4秒則分別觸發(fā)LED翻轉(zhuǎn)任務(wù)、溫度采集任務(wù)、溫度顯示任務(wù)。

這里配置的最小定時(shí)單位為1秒，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置（定時(shí)器初始化），定時(shí)器初始化可以放在系統(tǒng)統(tǒng)一初始化函數(shù)里：

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/********************************************************************************************************
**?函數(shù):?SysInit,?系統(tǒng)上電初始化
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
**?參數(shù):?
**?說(shuō)明:?
**?返回:?
********************************************************************************************************/
void?SysInit(void)
{
?CpuInit();??????????????????//?配置系統(tǒng)信息函數(shù)
?SysTickInit();??????????????//?系統(tǒng)滴答定時(shí)器初始化函數(shù)
?UsartInit(115200);??????????//?串口初始化函數(shù)，波特率115200
?TIM1_Init(2000-1,?36000-1);?//?定時(shí)周期1s
?LedInit();??????????????????//?Led初始化
?TemperatureInit();??????????//?溫度傳感器初始化
?LcdInit();??????????????????//?LCD初始化
}

此時(shí)我們的main函數(shù)就可以設(shè)計(jì)為：

int?main(void)
{
?//-----------------------------------------------------------------------------------------------?
?//?上電初始化函數(shù)
?SysInit();?
?
?//-----------------------------------------------------------------------------------------------?
?//?主程序
?while?(1)
?{
??//-----------------------------------------------------------------------------------------------?
??//?定時(shí)任務(wù)
??Task_Led();
??Task_GetTemperature();?
??Task_SendToLcd();
?}
}

主函數(shù)主要是進(jìn)行系統(tǒng)上電的一些初始化操作，接著是調(diào)用各定時(shí)任務(wù)函數(shù)。

本demo使用定時(shí)器1來(lái)擴(kuò)展出3個(gè)軟件定時(shí)器，如果TIM資源不夠用，可以換用系統(tǒng)滴答定時(shí)器來(lái)做。如：

其中，時(shí)間基數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

2、實(shí)踐（代入法）

套用以上模板，分享我的一個(gè)實(shí)例：