精妙的單片機非阻塞延時程序設計

對于每個單片機愛好者及工程開發(fā)設計人員，在剛接觸單片機的那最初的青蔥歲月里，都有過點亮跑馬燈的經(jīng)歷。從看到那一排排小燈按著我們的想法在跳動時激動心情。到隨著經(jīng)驗越多，越來又會感覺到這個小燈是個好東西，尤其是在調(diào)試資源有限的環(huán)境中，有時會幫上大忙。

但對于絕大多數(shù)人，我們在最最初讓燈閃爍起來時大約都會用到阻塞延時實現(xiàn)，會像如下代碼的樣子：

1. while(1)
   
2. {
3.     LED =OFF;
4.     Delay_ms(500);
5.     LED = ON;
6.     Delay_ms(500);
7. }

然后，在我們接觸到定時器，我們會發(fā)現(xiàn)，原來用定時中斷來處理會更好。比如我們可以500ms中斷一次，讓燈亮或滅，其余的時間系統(tǒng)還可以做非常之多的事情，效率一下提升了很多。

這時我們就會慢慢意識到，第一種(阻塞延時)方法效率很低，讓芯片在那兒空運行幾百毫米，什么也不做，真是莫大的浪費，尤其在芯片頻率較高，任務又很多時，這樣做就像在平坦寬闊的高速公路上挖了一大坑，出現(xiàn)事故可想而知。

但一個單片機中的定時器畢竟有限，如果我需要幾十個或者更多不同時間的定時中斷，每一個時間到都完成不同的處理動作，如何去做呢。一般我們會想到在一個定時中斷函數(shù)中再定義static 變量繼續(xù)定時，到了所需時間，做不同的動作。而這樣又會導致在一個中斷里做了很多不同的事情，會搶占主輪詢更多時間，有時甚至喧賓奪主，并也不是很如的思維邏輯。

那么有沒有更好的方法來實現(xiàn)呢，答案是肯定的。下面介紹我在一個項目中偶遇，一個精妙設計的非阻塞定時延時軟件的設計(此設計主要針對于無操作系統(tǒng)的裸機程序)。

在上篇文章中有對systick的介紹，比如我要設置其10ms中斷一次，如何實現(xiàn)呢?

也很簡單，只需調(diào)用 core_cm3.h文件中 SysTick_Config 函數(shù) ，當系統(tǒng)時鐘為72MHZ，則設置成如下即可 SysTick_Config(720000 ); (遞減計數(shù)720000次后中斷一次) 。此時SysTick_Handler中斷函數(shù)就會10ms進入一次;

任務定時用軟件是如何設計的呢 ?

且先看其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這也是精妙所在之處，在此作自頂向下的介紹：

其定義結(jié)構(gòu)體類型如：

1. typedef struct
   
2. {
3.     uint8_t Tick10Msec;
4.     Char_Field Status;
5. } Timer_Struct;

其中Char_Field 為一聯(lián)合體，設計如下：

1. typedef union
   
2. {
3.     unsigned char byte;
4.     Timer_Bit field;
5. } Char_Field

而它內(nèi)部的Timer_Bit是一個可按位訪問的結(jié)構(gòu)體：

1. typedef struct
   
2. {
3.     unsigned char bit0: 1;
4.     unsigned char bit1: 1;
5.     unsigned char bit2: 1;
6.     unsigned char bit3: 1;
7.     unsigned char bit4: 1;
8.     unsigned char bit5: 1;
9.     unsigned char bit6: 1;
10.     unsigned char bit7: 1;
11. } Timer_Bit

此聯(lián)合體的這樣設計的目的將在后面的代碼中體現(xiàn)出來。

如此結(jié)構(gòu)體的設計就完成了。

然后我們定義的一全局變量，Timer_Struct gTimer;

并在頭文件中宏定義如下：

1. #define bSystem10Msec        gTimer.Status.field.bit0
   
2. #define bSystem50Msec        gTimer.Status.field.bit1
3. #define bSystem100Msec       gTimer.Status.field.bit2
4. #define bSystem1Sec          gTimer.Status.field.bit3
5. #define bTemp10Msec          gTimer.Status.field.bit4
6. #define bTemp50Msec          gTimer.Status.field.bit5
7. #define bTemp100Msec         gTimer.Status.field.bit6
8. #define bTemp1Sec            gTimer.Status.field.bit

另外為了后面程序清晰，再定義一狀態(tài)指示：

1. typedef enum
   
2. {
3.     TIMER_RESET = 0,
4.     TIMER_SET = 1,
5. } TimerStatus;

至此，準備工作就完成了。下面我們就開始大顯神通了!

首先，10ms定時中斷處理函數(shù)如，可以看出，每到達10ms 將把bTemp10Msec置1，每50ms 將把bTemp50Msec 置1，每100ms 將把bTemp100Msec 置1，每1s 將把bTemp1Sec 置1，

1. void SysTick_Handler(void)
   
2. {
3.          
4.         bTemp10Msec = TIMER_SET;
5.         
6.         ++gTimer.Tick10Msec;
7.         if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 5))
8.         {
9.             bTemp50Msec = TIMER_SET;
10.         }
11.         
12.         if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 10))
13.         {
14.             bTemp100Msec = TIMER_SET;
15.         }
16.         
17.         if (100 == gTimer.Tick10Msec)
18.         {
19.             gTimer.Tick10Msec = 0;
20.             bTemp1Sec = TIMER_SET;
21.         }
22. }

而這又有什么用呢 ?

這時，我們需在主輪詢while(1)內(nèi)最開始調(diào)用一個定時處理函數(shù)如下：

1. void SysTimer _Process(void)
   
2. {
3.     gTimer.Status.byte &= 0xF0;
4.     
5.     if (bTemp10Msec)
6.     {
7.         bSystem10Msec = TIMER_SET;
8.     }
9.     
10.     if (bTemp50Msec)
11.     {
12.         bSystem50Msec = TIMER_SET;
13.     }
14.     
15.     if (bTemp100Msec)
16.     {
17.         bSystem100Msec = TIMER_SET;
18.     }
19.     
20.     if (bTemp1Sec)
21.     {
22.         bSystem1Sec = TIMER_SET;
23.     }
24.     
25.     gTimer.Status.byte &= 0x0F;
26. }

此函數(shù)開頭與結(jié)尾兩句

1. gTimer.Status.byte &= 0xF0;
   
2. gTimer.Status.byte &= 0x0F

就分別巧妙的實現(xiàn)了bSystemXXX (低4位) 和 bTempXXX(高4位)的清零工作，不用再等定時到達后還需手動把計數(shù)值清零。此處清零工作用到了聯(lián)合體中的變量共用一個起始存儲空間的特性。

但要保證while(1)輪詢時間要遠小于10ms，否則將導致定時延時不準確。這樣，在每輪詢一次，就先把bSystemXXX ，再根據(jù)bTempXXX判斷是否時間到達，并把對應的bSystemXXX 置1，而后面所有的任務就都可以通過bSystemXXX 來進行定時延時，在最后函數(shù)退出時，又會把bTempXXX清零，為下一次時間到達后查詢判斷作好了準備。

說了這么多，舉例說明一下如何應用：

1. void Task_A_Processing(void)
   
2. {
3.     if(TIMER_SET == bSystem50Msec){
4.         //do something
5.     }
6. }
7.  
8. void Task_B_Processing(void)
9. {
10.     if(TIMER_SET == bSystem100Msec){
11.         //do something
12.     }
13. }
14.  
15. void Task_C_Processing(void)
16. {
17.     static uint8_t ticks = 0;
18.     if(TIMER_SET == bSystem100Msec){
19.        ticks ++ ;
20.     }
21.  
22.     if(5 == ticks){
23.         ticks = 0;
24.          //do something
25.     }
26.  
27. }
28.  
29. void Task_D_Processing(void)
30. {
31.     if(TIMER_SET == bSystem1Sec){
32.         //do something
33.     }
34. }

以上示例四個任務進程，

在主輪詢里可進行如下處理：

1. int main(void)
   
2. {
3.     while(1)
4.     {
5.         SysTimer _Process();
6.  
7.         Task_A_Processing();
8.         Task_B_Processing();
9.         Task_C_Processing();
10.         Task_D_Processing();
11.  
12.     }
13. }

這樣，就可以輕松且清晰實現(xiàn)了多個任務，不同時間內(nèi)處理不同事件。(但注意，每個任務處理中不要有阻塞延時，也不要處理過多的事情，以致處理時間較長?？稍O計成狀態(tài)機來處理不同任務。)