還在用延時(shí)函數(shù)嗎——那你就out了

　　就像每一個(gè)開始學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的人寫的第一個(gè)程序都是“Hello World!”一樣，幾乎每一個(gè)學(xué)習(xí)單片機(jī)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(jī)學(xué)習(xí)的教材也都是從這樣一個(gè)程序開始，幾乎每一個(gè)工程師學(xué)習(xí)一類新的單片機(jī)時(shí)也是從這個(gè)程序開始的。如下圖所示，就是一個(gè)典型的單片機(jī)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來(lái)的，如流水燈，呼吸燈等等。

　　延時(shí)函數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，條理清晰，這個(gè)程序作為單片機(jī)初學(xué)者或者初學(xué)一類單片機(jī)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(zhí)行效率肯定不會(huì)很高，程序99%以上的時(shí)間都在忙著空轉(zhuǎn)。

　　那么，我們?cè)鯓硬拍軐⑦@些無(wú)用功節(jié)省掉，把浪費(fèi)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(tái)程序

　　前后臺(tái)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(gòu)。它分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。應(yīng)用程序采用一個(gè)無(wú)限循環(huán)，在循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)和函數(shù)，來(lái)完成相應(yīng)的操作，這部分程序可看作是后臺(tái)行為。前臺(tái)程序通過(guò)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，即中斷服務(wù)程序。一般情況下，后臺(tái)程序也叫任務(wù)級(jí)程序，前臺(tái)程序也叫事件處理級(jí)程序。

　　前后臺(tái)程序也可以與程序調(diào)度相結(jié)合，在程序運(yùn)行時(shí)，后臺(tái)程序檢查每個(gè)任務(wù)是否具備運(yùn)行條件，通過(guò)一定的調(diào)度算法來(lái)完成相應(yīng)的操作。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求特別嚴(yán)格的操作通常由中斷來(lái)完成，僅在中斷服務(wù)程序中標(biāo)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(tái)程序的調(diào)度，轉(zhuǎn)由前臺(tái)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(fèi)時(shí)的事件而影響后續(xù)和其他中斷。

　　二、定時(shí)器和狀態(tài)機(jī)

　　狀態(tài)機(jī)是軟件領(lǐng)域中的一個(gè)重要概念，在嵌入式裸機(jī)編程中，狀態(tài)機(jī)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(jī)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(jī)，一個(gè)細(xì)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(duì)應(yīng)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(xiàn)。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(shù)函數(shù)來(lái)等待下一個(gè)狀態(tài)的到來(lái)。

　　三、合作式調(diào)度器

　　調(diào)度器，一方面可以看作一個(gè)簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，允許以周期性或(很少地)單次方式來(lái)調(diào)用任務(wù)。另一方面，從底層來(lái)看，調(diào)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(diào)度器來(lái)調(diào)度完成。調(diào)度器主要分了兩大類：合作式調(diào)度器和搶占式調(diào)度器。

　　合作式調(diào)度器是一種單任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(yùn)行完成之后，調(diào)度器控制調(diào)用下一個(gè)任務(wù)。在合作式調(diào)度器中，任務(wù)在特定的時(shí)刻被調(diào)度運(yùn)行;當(dāng)一個(gè)任務(wù)需要運(yùn)行時(shí)，會(huì)被添加到等待隊(duì)列;當(dāng)CPU空閑時(shí)，運(yùn)行等待隊(duì)列中的下一個(gè)任務(wù);任務(wù)一旦被執(zhí)行，不被中斷，直到任務(wù)執(zhí)行完成;此后CPU交還調(diào)度器控制，去執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)。

　　一、搶占式調(diào)度器

　　搶占式調(diào)度器是一種多任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們平常接觸到的商用嵌入式操作系統(tǒng)如UCOS等一般屬于搶占式調(diào)度系統(tǒng)。在搶占式調(diào)度器中，任務(wù)在特定的時(shí)刻被調(diào)度運(yùn)行;當(dāng)任務(wù)需要運(yùn)行時(shí)，被添加到等待隊(duì)列中;等待的任務(wù)運(yùn)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(duì)列中，然后下一個(gè)等待任務(wù)將運(yùn)行一段固定的時(shí)間。

　　這類調(diào)度器相對(duì)復(fù)雜，通常作為一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)來(lái)處理，它可以對(duì)外部事件快速響應(yīng)，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(jī)程序框架，由于篇幅問(wèn)題，不能一一詳細(xì)解釋，以后有機(jī)會(huì)將詳細(xì)解釋，并一一給出實(shí)例。