别被野路子带偏了说说正经嵌入式工程师开发常用的3种架构

来源:乐鱼平台下载  作者:乐鱼平台官网  2022-08-19 18:08:22

  :对于单片机程序来说,大家都不陌生,但是真正使用架构,考虑架构的恐怕并不多,随着程序开发的不断增多,架构是非常必要的。  1、简单的前后台顺序执行程序,这类写法是大多数人使用的方法,不需用思考程序的具体架构,直接通过执行顺序编写应用程序即可。  ///插播一条:我自己在今年年初录制了一套还比较系统的入门单片机教程,想要的同学找我拿就行了免費的,私信我就可以哦~点我头像黑色字体加我地球呺也能领取哦。最近比较闲,带做毕设,带学生参加省级或以上比赛///  这是初学者们常用的程序框架设计方案,不用考虑太多东西,代码简单,或者对系统的整体实时性和并发性要求不高;初始化后通过while(1){}或for(;;){}`循环不断调用自己编写完成的函数,也基本不考虑每个函数执行所需要的时间,大部分情况下函数中或多或少都存在毫秒级别的延时等待。  优点:对于初学者来说,这是最容易也是最直观的程序架构,逻辑简单明了,适用于逻辑简单,复杂度比较低的软件开发。  缺点:实时性低,由于每个函数或多或少存在毫秒级别的延时,即使是1ms,也会造成其他函数间隔执行时间的不同,虽然可通过定时器中断的方式,但是前提是中断执行函数花的时间必须短。当程序逻辑复杂度提升时,会导致后来维护人员的大脑混乱,很难理清楚该程序的运行状态。  以下是在校期间做的寝室防盗系统的部分代码(当时也存在部分BUG,没有解决。现在再看,其实很多问题,而且比较严重,比如中断服务函数内竟然有3000ms延时,这太可怕了,还有串口发送等等;由于实时性要求不算太高,因此主函数中的毫秒级别延时对系统运行没有多大影响,当然除BUG外;若是后期需要维护,那就是一个大工程,还不如推翻重写):  介于前后台顺序执行法和操作系统之间的一种程序架构设计方案。该设计方案需能帮助嵌入式软件开发者更上一层楼,在嵌入式软件开发过程中,若遇到以下几点,那么该设计方案可以说是最优选择,适用于程序较复杂的嵌入式系统;  ·任务函数无需时刻执行,存在间隔时间(比如按键,一般情况下,都需要软件防抖,初学者的做法通常是延时10ms左右再去判断,但10ms极大浪费了CPU的资源,在这段时间内CPU完全可以处理很多其他事情)  该设计方案需要使用一个定时器,一般情况下定时1ms即可(定时时间可随意定,但中断过于频繁效率就低,中断太长,实时性差),因此需要考虑到每个任务函数的执行时间,建议不能超过1ms(能通过程序优化缩短执行时间则最好优化,如果不能优化的,则必须保证该任务的执行周期必须远大于任务所执行的耗时时间),同时要求主循环或任务函数中不能存在毫秒级别的延时。  如何确定每个函数的任务周期呢?根据任务的耗时和效果决定、如按键扫描任务周期为10ms(为了提高响应),指示灯控制任务周期为100ms(通常情况下最高100ms的闪烁频率正好,特殊需求除外),LCD/OLED显示周期为100ms(通过这种通过SPI/IIC等接口的方式耗时大约在1~10ms,甚至更长,所以任务周期必须远大于耗时,同时为了满足人眼所能接受的刷屏效果,也不能太长,100ms的任务周期比较合适)等。  以下介绍两种不同的实现方案,分别针对无函数指针概念的朋友和想进一步学习的朋友。  嵌入式操作系统EOS(Embedded OperatingSystem)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用于工业控制和国防系统领域,而对于单片机来说,比较常用的有UCOS、FreeRTOS、RT-ThreadNano和RTX等多种抢占式操作系统(其他如Linux等操作系统不适用于单片机)  操作系统和“时间片论法”,在任务执行方面来说,操作系统对每个任务的耗时没有过多的要求,需要通过设置每个任务的优先级,在高优先级的任务就绪时,会抢占低优先级的任务;操作系统相对复杂,因此这里没有详细介绍了。  ·RT-Thread:国产物联网操作系统,有着十分丰富的组件,也免费,资料:RT-Thread文档中心。  ·RTX:为ARM和Cortex-M设备设计的免版税,确定性的实时操作系统。  从上述的对比中可以看出,时间片轮询法的优势还是比较大的,它既有前后台顺序执行法的优点,也有操作系统的优点。结构清晰,简单,非常容易理解,所以这种是比较常用的单片机设计框架。

  :对于单片机程序来说,大家都不陌生,但是真正使用架构,考虑架构的恐怕并不多,随着程序开发的不断增多,架构是非常必要的。

  1、简单的前后台顺序执行程序,这类写法是大多数人使用的方法,不需用思考程序的具体架构,直接通过执行顺序编写应用程序即可。

  ///插播一条:我自己在今年年初录制了一套还比较系统的入门单片机教程,想要的同学找我拿就行了免費的,私信我就可以哦~点我头像黑色字体加我地球呺也能领取哦。最近比较闲,带做毕设,带学生参加省级或以上比赛///

  这是初学者们常用的程序框架设计方案,不用考虑太多东西,代码简单,或者对系统的整体实时性和并发性要求不高;初始化后通过while(1){}或for(;;){}`循环不断调用自己编写完成的函数,也基本不考虑每个函数执行所需要的时间,大部分情况下函数中或多或少都存在毫秒级别的延时等待。

  优点:对于初学者来说,这是最容易也是最直观的程序架构,逻辑简单明了,适用于逻辑简单,复杂度比较低的软件开发。

  缺点:实时性低,由于每个函数或多或少存在毫秒级别的延时,即使是1ms,也会造成其他函数间隔执行时间的不同,虽然可通过定时器中断的方式,但是前提是中断执行函数花的时间必须短。当程序逻辑复杂度提升时,会导致后来维护人员的大脑混乱,很难理清楚该程序的运行状态。

  以下是在校期间做的寝室防盗系统的部分代码(当时也存在部分BUG,没有解决。现在再看,其实很多问题,而且比较严重,比如中断服务函数内竟然有3000ms延时,这太可怕了,还有串口发送等等;由于实时性要求不算太高,因此主函数中的毫秒级别延时对系统运行没有多大影响,当然除BUG外;若是后期需要维护,那就是一个大工程,还不如推翻重写):

  介于前后台顺序执行法和操作系统之间的一种程序架构设计方案。该设计方案需能帮助嵌入式软件开发者更上一层楼,在嵌入式软件开发过程中,若遇到以下几点,那么该设计方案可以说是最优选择,适用于程序较复杂的嵌入式系统;

  ·任务函数无需时刻执行,存在间隔时间(比如按键,一般情况下,都需要软件防抖,初学者的做法通常是延时10ms左右再去判断,但10ms极大浪费了CPU的资源,在这段时间内CPU完全可以处理很多其他事情)

  该设计方案需要使用一个定时器,一般情况下定时1ms即可(定时时间可随意定,但中断过于频繁效率就低,中断太长,实时性差),因此需要考虑到每个任务函数的执行时间,建议不能超过1ms(能通过程序优化缩短执行时间则最好优化,如果不能优化的,则必须保证该任务的执行周期必须远大于任务所执行的耗时时间),同时要求主循环或任务函数中不能存在毫秒级别的延时。

  如何确定每个函数的任务周期呢?根据任务的耗时和效果决定、如按键扫描任务周期为10ms(为了提高响应),指示灯控制任务周期为100ms(通常情况下最高100ms的闪烁频率正好,特殊需求除外),LCD/OLED显示周期为100ms(通过这种通过SPI/IIC等接口的方式耗时大约在1~10ms,甚至更长,所以任务周期必须远大于耗时,同时为了满足人眼所能接受的刷屏效果,也不能太长,100ms的任务周期比较合适)等。

  以下介绍两种不同的实现方案,分别针对无函数指针概念的朋友和想进一步学习的朋友。

  嵌入式操作系统EOS(Embedded OperatingSystem)是一种用途广泛的系统软件,过去它主要应用于工业控制和国防系统领域,而对于单片机来说,比较常用的有UCOS、FreeRTOS、RT-ThreadNano和RTX等多种抢占式操作系统(其他如Linux等操作系统不适用于单片机)

  操作系统和“时间片论法”,在任务执行方面来说,操作系统对每个任务的耗时没有过多的要求,需要通过设置每个任务的优先级,在高优先级的任务就绪时,会抢占低优先级的任务;操作系统相对复杂,因此这里没有详细介绍了。

  ·RT-Thread:国产物联网操作系统,有着十分丰富的组件,也免费,资料:RT-Thread文档中心。

  ·RTX:为ARM和Cortex-M设备设计的免版税,确定性的实时操作系统。

  从上述的对比中可以看出,时间片轮询法的优势还是比较大的,它既有前后台顺序执行法的优点,也有操作系统的优点。结构清晰,简单,非常容易理解,所以这种是比较常用的单片机设计框架。

云平台软件中心

关于我们

联系我们

  • 地址:深圳市宝安区福永凤凰富源街213号旭达工业园A栋7层 7A
  • 133 4757 3623
  • 0755-8529 6639
  • aosien2012@163.com
  • http://www.paiweiju.com/