精妙的單片機(jī)非阻塞延時(shí)程序設(shè)計(jì)
對于每個(gè)單片機(jī)愛好者及工程開發(fā)設(shè)計(jì)人員，在剛接觸單片機(jī)的那最初的青蔥歲月里，都有過點(diǎn)亮跑馬燈的經(jīng)歷。從看到那一排排小燈按著我們的想法在跳動時(shí)激動心情。到隨著經(jīng)驗(yàn)越多，越來又會感覺到這個(gè)小燈是個(gè)好東西，尤其是在調(diào)試資源有限的環(huán)境中，有時(shí)會幫上大忙。
但對于絕大多數(shù)人，我們在最最初讓燈閃爍起來時(shí)大約都會用到阻塞延時(shí)實(shí)現(xiàn)，會像如下代碼的樣子：
- while(1)
- {
- LED =OFF;
- Delay_ms(500);
- LED = ON;
- Delay_ms(500);
- }
然后，在我們接觸到定時(shí)器，我們會發(fā)現(xiàn)，原來用定時(shí)中斷來處理會更好。比如我們可以500ms中斷一次，讓燈亮或滅，其余的時(shí)間系統(tǒng)還可以做非常之多的事情，效率一下提升了很多。
這時(shí)我們就會慢慢意識到，第一種(阻塞延時(shí))方法效率很低，讓芯片在那兒空運(yùn)行幾百毫米，什么也不做，真是莫大的浪費(fèi)，尤其在芯片頻率較高，任務(wù)又很多時(shí)，這樣做就像在平坦寬闊的高速公路上挖了一大坑，出現(xiàn)事故可想而知。
但一個(gè)單片機(jī)中的定時(shí)器畢竟有限，如果我需要幾十個(gè)或者更多不同時(shí)間的定時(shí)中斷，每一個(gè)時(shí)間到都完成不同的處理動作，如何去做呢。一般我們會想到在一個(gè)定時(shí)中斷函數(shù)中再定義static 變量繼續(xù)定時(shí)，到了所需時(shí)間，做不同的動作。而這樣又會導(dǎo)致在一個(gè)中斷里做了很多不同的事情，會搶占主輪詢更多時(shí)間，有時(shí)甚至喧賓奪主，并也不是很如的思維邏輯。
那么有沒有更好的方法來實(shí)現(xiàn)呢，答案是肯定的。下面介紹我在一個(gè)項(xiàng)目中偶遇，一個(gè)精妙設(shè)計(jì)的非阻塞定時(shí)延時(shí)軟件的設(shè)計(jì)(此設(shè)計(jì)主要針對于無操作系統(tǒng)的裸機(jī)程序)。
在上篇文章中有對systick的介紹，比如我要設(shè)置其10ms中斷一次，如何實(shí)現(xiàn)呢?
也很簡單，只需調(diào)用 core_cm3.h文件中 SysTick_Config 函數(shù) ，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為72MHZ，則設(shè)置成如下即可 SysTick_Config(720000 ); (遞減計(jì)數(shù)720000次后中斷一次) 。此時(shí)SysTick_Handler中斷函數(shù)就會10ms進(jìn)入一次;
任務(wù)定時(shí)用軟件是如何設(shè)計(jì)的呢 ?
且先看其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這也是精妙所在之處，在此作自頂向下的介紹：
其定義結(jié)構(gòu)體類型如：
- typedef struct
- {
- uint8_t Tick10Msec;
- Char_Field Status;
- } Timer_Struct;
其中Char_Field 為一聯(lián)合體，設(shè)計(jì)如下：
- typedef union
- {
- unsigned char byte;
- Timer_Bit field;
- } Char_Field
而它內(nèi)部的Timer_Bit是一個(gè)可按位訪問的結(jié)構(gòu)體：
- typedef struct
- {
- unsigned char bit0: 1;
- unsigned char bit1: 1;
- unsigned char bit2: 1;
- unsigned char bit3: 1;
- unsigned char bit4: 1;
- unsigned char bit5: 1;
- unsigned char bit6: 1;
- unsigned char bit7: 1;
- } Timer_Bit
此聯(lián)合體的這樣設(shè)計(jì)的目的將在后面的代碼中體現(xiàn)出來。
如此結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)就完成了。
然后我們定義的一全局變量，Timer_Struct gTimer;
并在頭文件中宏定義如下：
- #define bSystem10Msec gTimer.Status.field.bit0
- #define bSystem50Msec gTimer.Status.field.bit1
- #define bSystem100Msec gTimer.Status.field.bit2
- #define bSystem1Sec gTimer.Status.field.bit3
- #define bTemp10Msec gTimer.Status.field.bit4
- #define bTemp50Msec gTimer.Status.field.bit5
- #define bTemp100Msec gTimer.Status.field.bit6
- #define bTemp1Sec gTimer.Status.field.bit
另外為了后面程序清晰，再定義一狀態(tài)指示：
- typedef enum
- {
- TIMER_RESET = 0,
- TIMER_SET = 1,
- } TimerStatus;
至此，準(zhǔn)備工作就完成了。下面我們就開始大顯神通了!
首先，10ms定時(shí)中斷處理函數(shù)如，可以看出，每到達(dá)10ms 將把bTemp10Msec置1，每50ms 將把bTemp50Msec 置1，每100ms 將把bTemp100Msec 置1，每1s 將把bTemp1Sec 置1，
- void SysTick_Handler(void)
- {
- bTemp10Msec = TIMER_SET;
- ++gTimer.Tick10Msec;
- if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 5))
- {
- bTemp50Msec = TIMER_SET;
- }
- if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 10))
- {
- bTemp100Msec = TIMER_SET;
- }
- if (100 == gTimer.Tick10Msec)
- {
- gTimer.Tick10Msec = 0;
- bTemp1Sec = TIMER_SET;
- }
- }
而這又有什么用呢 ?
這時(shí)，我們需在主輪詢while(1)內(nèi)最開始調(diào)用一個(gè)定時(shí)處理函數(shù)如下：
- void SysTimer _Process(void)
- {
- gTimer.Status.byte &= 0xF0;
- if (bTemp10Msec)
- {
- bSystem10Msec = TIMER_SET;
- }
- if (bTemp50Msec)
- {
- bSystem50Msec = TIMER_SET;
- }
- if (bTemp100Msec)
- {
- bSystem100Msec = TIMER_SET;
- }
- if (bTemp1Sec)
- {
- bSystem1Sec = TIMER_SET;
- }
- gTimer.Status.byte &= 0x0F;
- }
此函數(shù)開頭與結(jié)尾兩句
- gTimer.Status.byte &= 0xF0;
- gTimer.Status.byte &= 0x0F
就分別巧妙的實(shí)現(xiàn)了bSystemXXX (低4位) 和 bTempXXX(高4位)的清零工作，不用再等定時(shí)到達(dá)后還需手動把計(jì)數(shù)值清零。此處清零工作用到了聯(lián)合體中的變量共用一個(gè)起始存儲空間的特性。
但要保證while(1)輪詢時(shí)間要遠(yuǎn)小于10ms，否則將導(dǎo)致定時(shí)延時(shí)不準(zhǔn)確。這樣，在每輪詢一次，就先把bSystemXXX ，再根據(jù)bTempXXX判斷是否時(shí)間到達(dá)，并把對應(yīng)的bSystemXXX 置1，而后面所有的任務(wù)就都可以通過bSystemXXX 來進(jìn)行定時(shí)延時(shí)，在最后函數(shù)退出時(shí)，又會把bTempXXX清零，為下一次時(shí)間到達(dá)后查詢判斷作好了準(zhǔn)備。
說了這么多，舉例說明一下如何應(yīng)用：
- void Task_A_Processing(void)
- {
- if(TIMER_SET == bSystem50Msec){
- //do something
- }
- }
- void Task_B_Processing(void)
- {
- if(TIMER_SET == bSystem100Msec){
- //do something
- }
- }
- void Task_C_Processing(void)
- {
- static uint8_t ticks = 0;
- if(TIMER_SET == bSystem100Msec){
- ticks ++ ;
- }
- if(5 == ticks){
- ticks = 0;
- //do something
- }
- }
- void Task_D_Processing(void)
- {
- if(TIMER_SET == bSystem1Sec){
- //do something
- }
- }
以上示例四個(gè)任務(wù)進(jìn)程，
在主輪詢里可進(jìn)行如下處理：
- int main(void)
- {
- while(1)
- {
- SysTimer _Process();
- Task_A_Processing();
- Task_B_Processing();
- Task_C_Processing();
- Task_D_Processing();
- }
- }
這樣，就可以輕松且清晰實(shí)現(xiàn)了多個(gè)任務(wù)，不同時(shí)間內(nèi)處理不同事件。(但注意，每個(gè)任務(wù)處理中不要有阻塞延時(shí)，也不要處理過多的事情，以致處理時(shí)間較長？稍O(shè)計(jì)成狀態(tài)機(jī)來處理不同任務(wù)。)
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-18
