單片機多任務(wù)框架設計

單片機應用廣泛，內部資源搭配豐富。雖然豐儉由人，但是在單片機選型的時(shí)候，我們往往會(huì )選擇性?xún)r(jià)比相對較高的。選定了單片機，程序設計工作量也不小。如何方便快捷的移植、開(kāi)發(fā)調試以及維護，可以實(shí)現是程序設計人員追求的縮短設計周期的目標。

1   框架分析

跑系統的單片機可以更有效支持多任務(wù)，完成更加復雜的任務(wù)，但需要更大的存儲空間用于系統程序和用戶(hù)程序；裸跑的單片機只能進(jìn)行單任務(wù)，對存儲空間需求較低。在這里主要研究一種多任務(wù)程序框架設計，讓裸奔的單片機跑出操作系統的感覺(jué)，單片機雖然是裸機奔跑，但是往往現實(shí)的需要決定了我們必須跑出操作系統的姿態(tài)——多任務(wù)程序。

系統實(shí)現多任務(wù)，最重要的特點(diǎn)是分時(shí)和消息傳遞與處理。引用一個(gè)網(wǎng)友的總結：stateMachine +timerTick + queue。

queue，在設計框架時(shí)需要設計一個(gè)消息隊列貫穿整個(gè)系統，把這個(gè)隊列機制做成通用模塊，在不同的程序執行模塊中調用。消息隊列用于緩沖事件，事件不知道什么時(shí)候會(huì )到來(lái)，也不能保證來(lái)了就能迅速得到處理，使用消息隊列，可以保證每個(gè)事件都能處理到。消息通常分為兩種類(lèi)型：①外部事件收集，然后存儲到隊列，如按鍵、IO 中斷、時(shí)鐘任務(wù)等硬件發(fā)出；②在任務(wù)處理過(guò)程中，一個(gè)任務(wù)觸發(fā)新的任務(wù)，例如在藍牙遙控器中，接收解析串口數據的任務(wù)中發(fā)出按鍵消息。timerTick，系統的時(shí)鐘基準。用一個(gè)定時(shí)器來(lái)建立通用定時(shí)器任務(wù)，管理不同任務(wù)相關(guān)的多個(gè)定時(shí)器，在定時(shí)到達時(shí)，由定時(shí)器任務(wù)發(fā)出消息。

stateMachine，任務(wù)收到消息后，根據當前狀態(tài)決定如何處理消息。

2   框架設計

我們以包含按鍵開(kāi)關(guān)一個(gè)定時(shí)1 s 的LED 燈閃爍為例，示例包含框架的全部?jì)热荨?/p>

圖1是程序流程圖。

圖1 程序流程

首先是消息隊列、時(shí)鐘任務(wù)、消息的定義：

其次是從頂層主程序設計開(kāi)始，再到各功能模塊的設計：

1）頂層主程序設計，系統開(kāi)始進(jìn)行硬件初始化、任務(wù)初始化、時(shí)鐘初始化；然后在1 個(gè)循環(huán)中不停地進(jìn)行循環(huán)事件收集、時(shí)間事件收集和處理、消息隊列時(shí)間處理。

2）在時(shí)鐘基準的設置上，建立1 個(gè)1 ms 的定時(shí)器，在定時(shí)器中斷里判斷開(kāi)啟的定時(shí)任務(wù)是否發(fā)生，滿(mǎn)足條件設置定時(shí)標志，同時(shí)關(guān)閉此項定時(shí)任務(wù)。

3）循環(huán)事件收集：在循環(huán)中判斷是否有按鍵按下，如有按鍵按下，發(fā)送按鍵消息。

4）時(shí)間事件收集：判斷定時(shí)服務(wù)里設置的定時(shí)標志做相關(guān)的時(shí)間事件處理。

5）消息隊列處理：判斷消息隊列是否為空，當不為空時(shí)進(jìn)行消息處理。

3   任務(wù)添加

如何根據實(shí)際應用的需要在主體結構中加入新的任務(wù)，如下以串口通信為例。

1）添加消息定義：在消息定義enumEventList 里面加入串口功能定義。

2）添加消息收集程序：在串口中斷里接收數據，并把數據寫(xiě)到串口數據緩沖器，在循環(huán)事件收集里面進(jìn)行串口數據分析，根據收到的數據完整性和協(xié)議分析，發(fā)出串口功能的消息到消息隊列。

3）添加消息處理程序：在消息隊列處理里面加入串口功能對應的處理功能。

4   結束語(yǔ)

整體看來(lái)我們的程序框架就成了通用的模板了，根據自己選定的MCU，選個(gè)定時(shí)器，再添加自己的事件收集、事件處理以及時(shí)間任務(wù)即可，非常靈活方便實(shí)用。

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（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年10月期）