還在用延時(shí)函數嗎——那你就out了

　　就像每一個(gè)開(kāi)始學(xué)習編程語(yǔ)言的人寫(xiě)的第一個(gè)程序都是“Hello World!”一樣，幾乎每一個(gè)學(xué)習單片機的同學(xué)接觸到的第一個(gè)程序都是點(diǎn)燈程序，幾乎每一本介紹單片機學(xué)習的教材也都是從這樣一個(gè)程序開(kāi)始，幾乎每一個(gè)工程師學(xué)習一類(lèi)新的單片機時(shí)也是從這個(gè)程序開(kāi)始的。如下圖所示，就是一個(gè)典型的單片機點(diǎn)燈程序的框架，LED以一秒為周期循環(huán)閃爍下去。還有很多以此程序拓展開(kāi)來(lái)的，如流水燈，呼吸燈等等。

　　延時(shí)函數結構簡(jiǎn)單，條理清晰，這個(gè)程序作為單片機初學(xué)者或者初學(xué)一類(lèi)單片機來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是非常好的，但在實(shí)際使用過(guò)程中使用這樣的程序框架，程序的執行效率肯定不會(huì )很高，程序99%以上的時(shí)間都在忙著(zhù)空轉。

　　那么，我們怎樣才能將這些無(wú)用功節省掉，把浪費掉的時(shí)候收回來(lái)做一些有益的事情呢?下面是筆者的一些思路。

　　一、前后臺程序

　　前后臺模式的程序是大家最常用到的，也是最簡(jiǎn)單的嵌入式程序架構。它分為前臺程序和后臺程序。應用程序采用一個(gè)無(wú)限循環(huán)，在循環(huán)中調用相應和函數，來(lái)完成相應的操作，這部分程序可看作是后臺行為。前臺程序通過(guò)中斷來(lái)實(shí)現，即中斷服務(wù)程序。一般情況下，后臺程序也叫任務(wù)級程序，前臺程序也叫事件處理級程序。

　　前后臺程序也可以與程序調度相結合，在程序運行時(shí)，后臺程序檢查每個(gè)任務(wù)是否具備運行條件，通過(guò)一定的調度算法來(lái)完成相應的操作。對于實(shí)時(shí)性要求特別嚴格的操作通常由中斷來(lái)完成，僅在中斷服務(wù)程序中標記事件的發(fā)生，不再做任何工作就退出中斷，經(jīng)過(guò)后臺程序的調度，轉由前臺程序完成事件的處理，這樣就不會(huì )造成在中斷服務(wù)程序中處理費時(shí)的事件而影響后續和其他中斷。

　　二、定時(shí)器和狀態(tài)機

　　狀態(tài)機是軟件領(lǐng)域中的一個(gè)重要概念，在嵌入式裸機編程中，狀態(tài)機的地位尤其重要。幾乎所有的嵌入式任務(wù)都可以被看做狀態(tài)機來(lái)處理。比如一個(gè)按鍵處理過(guò)程，可以看做一個(gè)狀態(tài)機，一個(gè)細小的擊鍵動(dòng)作包含了：釋放、抖動(dòng)、閉合、抖動(dòng)和重新釋放等狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)對應不同的處理程序，狀態(tài)切換可以通過(guò)每隔一段時(shí)間(定時(shí)器)去檢查按鍵狀態(tài)來(lái)實(shí)現。每個(gè)狀態(tài)之間的時(shí)間間隔可以去處理其他任務(wù)，而不必采用延時(shí)函數函數來(lái)等待下一個(gè)狀態(tài)的到來(lái)。

　　三、合作式調度器

　　調度器，一方面可以看作一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統，允許以周期性或(很少地)單次方式來(lái)調用任務(wù)。另一方面，從底層來(lái)看，調度器可以看作是一個(gè)由許多不同任務(wù)共享的定時(shí)器中斷服務(wù)程序，多個(gè)不同的任務(wù)，可以使用同一個(gè)調度器來(lái)調度完成。調度器主要分了兩大類(lèi)：合作式調度器和搶占式調度器。

　　合作式調度器是一種單任務(wù)的系統結構，在任一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)是活動(dòng)的，直到這一任務(wù)運行完成之后，調度器控制調用下一個(gè)任務(wù)。在合作式調度器中，任務(wù)在特定的時(shí)刻被調度運行;當一個(gè)任務(wù)需要運行時(shí)，會(huì )被添加到等待隊列;當CPU空閑時(shí)，運行等待隊列中的下一個(gè)任務(wù);任務(wù)一旦被執行，不被中斷，直到任務(wù)執行完成;此后CPU交還調度器控制，去執行下一個(gè)任務(wù)。

　　一、搶占式調度器

　　搶占式調度器是一種多任務(wù)的系統結構，我們平常接觸到的商用嵌入式操作系統如UCOS等一般屬于搶占式調度系統。在搶占式調度器中，任務(wù)在特定的時(shí)刻被調度運行;當任務(wù)需要運行時(shí)，被添加到等待隊列中;等待的任務(wù)運行一段固定的時(shí)間，如果沒(méi)有完成，將被暫停并放回到等待隊列中，然后下一個(gè)等待任務(wù)將運行一段固定的時(shí)間。

　　這類(lèi)調度器相對復雜，通常作為一個(gè)獨立的操作系統來(lái)處理，它可以對外部事件快速響應，可“并行地”處理多個(gè)不同任務(wù)。

　　本文簡(jiǎn)單介紹了幾種不同的單片機程序框架，由于篇幅問(wèn)題，不能一一詳細解釋?zhuān)院笥袡C會(huì )將詳細解釋?zhuān)⒁灰唤o出實(shí)例。