嵌入式應用設計模式
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一、軟件開(kāi)發(fā)
單片機生產(chǎn)廠(chǎng)家不斷增多，單片機品種層出不窮。單片機廣泛選擇是當今產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節。每個(gè)單片機系列的指令系統不同，與指令系統對應的匯編助記符就不同。匯編語(yǔ)言的不兼容性使得在一種單片機上編制的程序，在另一種單片機上不能運行，單片機重新選型后程序必須重新編制。匯編語(yǔ)言的難記、難讀及易搞混，每個(gè)匯編程序員深有同感。自己編制的程序過(guò)一段時(shí)間修改時(shí)，往往要重讀很大部分，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間回憶才能找到問(wèn)題所在。修改別人留下的匯編源程序，若程序的注釋說(shuō)明不詳細、程序的思路不清晰、子程序使用不夠多的話(huà)，還不如自己重新編制。
用C語(yǔ)言編程是單片機軟件開(kāi)發(fā)的必然趨勢。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設計語(yǔ)言，它兼顧了多種高級語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。C語(yǔ)言有功能豐富的庫函數、運算速度快、編譯效率高、可移植性好，而且可以直接實(shí)現對系統硬件的控制。C語(yǔ)言是一種結構化程序設計語(yǔ)言，支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結構化程序設計技術(shù)。采用C語(yǔ)言也不必對單片機和硬件接口的結構有很深入的了解，編譯器可以自動(dòng)完成變量存儲單元的分配，編程者專(zhuān)注于應用軟件部分的設計即可，這樣大大加快了軟件的開(kāi)發(fā)速度。采用C語(yǔ)言可以很容易地進(jìn)行單片機的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機的重新選型。采用C語(yǔ)言，可針對單片機常用的接口芯片編制通用的驅動(dòng)函數，針對常用的功能模塊、算法等編制相應的函數。這些函數經(jīng)過(guò)歸納整理可形成專(zhuān)家庫函數，供廣大的單片機愛(ài)好者使用、完善，這樣可大大提高國內單片機軟件設計水平。C語(yǔ)言可讀性的特點(diǎn)，更容易使大家借鑒前人的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，提高自己的軟件設計水平。對于C語(yǔ)言生成代碼的時(shí)空效率，一般來(lái)講，程序代碼長(cháng)度增加20%，程序執行速度約減慢20%。這在片內程序存儲器不斷擴大、晶振頻率不斷提高的今天，已不是主要考慮的問(wèn)題。況且，這是和優(yōu)秀的匯編程序員編制代碼的比較。當然，非常注重代碼效率的場(chǎng)合可以是以C語(yǔ)言為主，匯編語(yǔ)言為輔。匯編語(yǔ)言掌握到只要可以讀懂程序，在時(shí)間要求比較嚴格的模塊中進(jìn)行程序的優(yōu)化即可。在可移植性方面，單片機C語(yǔ)言都符合ANSIC標準，差別主要是有關(guān)片內資源的不同配置及使用，這可以通過(guò)采用不同的頭文件，經(jīng)過(guò)少量的加工就可以實(shí)現。隨著(zhù)國內單片機開(kāi)發(fā)工具研制水平的提高，現在的單片機仿真器普遍支持C語(yǔ)言程序調試，為單片機編程使用C語(yǔ)言提供了便利的條件。單片機的C語(yǔ)言相對微機的C語(yǔ)言要好學(xué)得多，它沒(méi)有微機 C語(yǔ)言有關(guān)文件的使用，也不必掌握標準輸入輸出設備有關(guān)的格式要求。北京航空航天大學(xué)出版社出版的《單片機的C語(yǔ)言應用程序設計》（修訂版）教材是專(zhuān)為沒(méi)有C基礎的人編寫(xiě)的，大量的實(shí)例可引導大家進(jìn)入單片機C時(shí)代。嵌入式微處理器是以C、C++甚至JAVA語(yǔ)言進(jìn)行編程的，并普遍采用RTOS。
在嵌入式應用中使用RTOS是由于嵌入式應用一般是計算機實(shí)時(shí)系統，有兩個(gè)重要特性：實(shí)時(shí)性和可靠性。實(shí)時(shí)性標準常用“系統響應時(shí)間”來(lái)衡量，即當一外部事件發(fā)生，系統能在多少時(shí)間內響應事件。RTOS分強實(shí)時(shí)和弱實(shí)時(shí)兩種。強實(shí)時(shí)RTOS用于對時(shí)間要求比較嚴格的場(chǎng)合?？煽啃詷藴食Ｓ孟到y平均無(wú)故障運行時(shí)間，即平均的故障間隔時(shí)間MTBF來(lái)衡量。操作系統（OS）是一組計算機程序的集合，用來(lái)有效地控制和管理計算機的硬件和軟件資源，即合理地對資源進(jìn)行調度，并為用戶(hù)提供方便的應用接口。它為應用支持軟件提供運行環(huán)境，即對程序開(kāi)發(fā)者提供功能強、使用方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境。OS的前身就是監控程序，類(lèi)似于單片機仿真器的監控程序。RTOS是多任務(wù)的，每個(gè)用戶(hù)的應用程序可以設計成多個(gè)不同的任務(wù)，這些任務(wù)可以并發(fā)執行，提高系統的吞吐量，更有效地利用系統資源。常用的任務(wù)調度算法為：優(yōu)先級加輪詢(xún)、非搶占式優(yōu)先級調度、按優(yōu)先級搶占的調度算法。任務(wù)間通信與同步機制為：郵箱、隊列、信號量、事件標志。劃分任務(wù)時(shí)，任務(wù)之間的通信要盡可能少，這樣可以簡(jiǎn)化設計?；谌蝿?wù)的設計可擴展、可管理、可大大提高系統的可靠性。RTOS提供給用戶(hù)的是各種系統調用。中斷、時(shí)間基準及定時(shí)的管理都由RTOS完成。采用RTOS編程可大幅度縮短程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間。RTOS一般都可裁剪、移植，適用于多種硬件環(huán)境，可以和應用程序一起固化到應用系統中。隨著(zhù)后PC時(shí)代的來(lái)臨，微軟維納斯計劃推出WindowsCE，我國女?huà)z計劃推出自主版權的Hopen實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。 “3C”結合的信息家電問(wèn)世，RTOS引起國內業(yè)界的極大關(guān)注。國內已引入pSOS、VRTX、VxWorks、QNX、Nucleus等RTOS以及 CMX和RTXC小型適合單片機的帶源代碼的RTOS。免費公開(kāi)內核的RTLinux和μCOS也是使用的熱點(diǎn)。清華大學(xué)出版社出版了《工業(yè)控制計算機實(shí)時(shí)操作系統》。國際上很有名的有關(guān)μCOS的專(zhuān)著(zhù)《MicroC/OS-iiTheRealTimeKernel》不久將在國內翻譯出版。 RTOS會(huì )更加深入人心，嵌入式應用軟件開(kāi)發(fā)由匯編、C向RTOS發(fā)展。
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