單片機(jī)程序時(shí)間輪片法框架

來(lái)源 | ERYUESANHI

編排 | strongerHuang

今天分享一篇單片機(jī)程序框架的文章。

程序架構(gòu)重要性

很多人尤其是初學(xué)者在寫代碼的時(shí)候往往都是想一點(diǎn)寫一點(diǎn)，最開始沒(méi)有一個(gè)整體的規(guī)劃，導(dǎo)致后面代碼越寫越亂，bug不斷。

最終代碼跑起來(lái)看似沒(méi)有問(wèn)題（有可能也真的沒(méi)有問(wèn)題），但是要加一個(gè)功能的時(shí)候會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間，甚至導(dǎo)致整個(gè)代碼的崩潰。

所以，在一個(gè)項(xiàng)目開始的時(shí)候多花一些時(shí)間在代碼的架構(gòu)設(shè)計(jì)上是十分有必要的。代碼架構(gòu)確定好了之后你會(huì)發(fā)現(xiàn)敲代碼的時(shí)候會(huì)特別快，并且在后期調(diào)試的時(shí)候也不會(huì)像無(wú)頭蒼蠅一樣胡亂找問(wèn)題。當(dāng)然，調(diào)試也是一門技術(shù)。

在學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)框架與個(gè)人的業(yè)務(wù)代碼之間的耦合性就非常低，都是只需要將業(yè)務(wù)代碼通過(guò)一定的接口函數(shù)注冊(cè)好后就交給操作系統(tǒng)托管了，十分方便。

但是操作系統(tǒng)的調(diào)度過(guò)于復(fù)雜，這里就使用操作系統(tǒng)的思維方式來(lái)重構(gòu)這個(gè)時(shí)間片輪詢框架。實(shí)現(xiàn)該框架的完全解耦，用戶只需要包含頭文件，并且在使用過(guò)程中不需要改動(dòng)已經(jīng)寫好的庫(kù)文件。

Demo

首先來(lái)個(gè)demo，該demo是使用電腦開兩個(gè)線程：一個(gè)線程模擬單片機(jī)的定時(shí)器中斷產(chǎn)生時(shí)間片輪詢個(gè)時(shí)鐘，另一個(gè)線程則模擬主函數(shù)中一直運(yùn)行的時(shí)間片輪詢調(diào)度程序。

#include 《thread》#include 《stdio.h》#include 《windows.h》#include “timeslice.h”

// 創(chuàng)建5個(gè)任務(wù)對(duì)象TimesilceTaskObj task_1， task_2， task_3， task_4， task_5;

// 具體的任務(wù)函數(shù)void task1_hdl（）{ printf（“》》 task 1 is running 。..

”）;}

void task2_hdl（）{ printf（“》》 task 2 is running 。..

”）;}

void task3_hdl（）{ printf（“》》 task 3 is running 。..

”）;}

void task4_hdl（）{ printf（“》》 task 4 is running 。..

”）;}

void task5_hdl（）{ printf（“》》 task 5 is running 。..

”）;}

// 初始化任務(wù)對(duì)象，并且將任務(wù)添加到時(shí)間片輪詢調(diào)度中void task_init（）{ timeslice_task_init（&task_1， task1_hdl， 1， 10）; timeslice_task_init（&task_2， task2_hdl， 2， 20）; timeslice_task_init（&task_3， task3_hdl， 3， 30）; timeslice_task_init（&task_4， task4_hdl， 4， 40）; timeslice_task_init（&task_5， task5_hdl， 5， 50）; timeslice_task_add（&task_1）; timeslice_task_add（&task_2）; timeslice_task_add（&task_3）; timeslice_task_add（&task_4）; timeslice_task_add（&task_5）;}

// 開兩個(gè)線程模擬在單片機(jī)上的運(yùn)行過(guò)程void timeslice_exec_thread（）{ while （true） { timeslice_exec（）; }}

void timeslice_tick_thread（）{ while （true） { timeslice_tick（）; Sleep（10）; }}

int main（）{ task_init（）;

printf（“》》 task num： %d

”， timeslice_get_task_num（））; printf（“》》 task len： %d

”， timeslice_get_task_timeslice_len（&task_3））;

timeslice_task_del（&task_2）; printf（“》》 delet task 2

”）; printf（“》》 task 2 is exist： %d

”， timeslice_task_isexist（&task_2））;

printf（“》》 task num： %d

”， timeslice_get_task_num（））;

timeslice_task_del（&task_5）; printf（“》》 delet task 5

”）;

printf（“》》 task num： %d

”， timeslice_get_task_num（））;

printf（“》》 task 3 is exist： %d

”， timeslice_task_isexist（&task_3））; timeslice_task_add（&task_2）; printf（“》》 add task 2

”）; printf（“》》 task 2 is exist： %d

”， timeslice_task_isexist（&task_2））;

timeslice_task_add（&task_5）; printf（“》》 add task 5

”）;

printf（“》》 task num： %d

”， timeslice_get_task_num（））;

printf（“

========timeslice running===========

”）;

std：：thread thread_1（timeslice_exec_thread）; std：：thread thread_2（timeslice_tick_thread）;

thread_1.join（）; thread_2.join（）;

return 0;}

由以上例子可見(jiàn)，這個(gè)框架使用十分方便，甚至可以完全不知道其原理，僅僅通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的接口就可以迅速創(chuàng)建任務(wù)并加入到時(shí)間片輪詢的框架中，十分好用。

時(shí)間片輪詢架構(gòu)

其實(shí)該部分主要使用了面向?qū)ο蟮乃季S，使用結(jié)構(gòu)體作為對(duì)象，并使用結(jié)構(gòu)體指針作為參數(shù)傳遞，這樣作可以節(jié)省資源，并且有著極高的運(yùn)行效率。

其中最難的部分是侵入式鏈表的使用，這種鏈表在一些操作系統(tǒng)內(nèi)核中使用十分廣泛，這里是參考RT-Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的侵入式鏈表實(shí)現(xiàn)。

h文件：

#ifndef _TIMESLICE_H#define _TIMESLICE_H

#include “。/list.h”

typedef enum { TASK_STOP， TASK_RUN} IsTaskRun;

typedef struct timesilce{ unsigned int id; void （*task_hdl）（void）; IsTaskRun is_run; unsigned int timer; unsigned int timeslice_len; ListObj timeslice_task_list;} TimesilceTaskObj;

void timeslice_exec（void）;void timeslice_tick（void）;void timeslice_task_init（TimesilceTaskObj* obj， void （*task_hdl）（void）， unsigned int id， unsigned int timeslice_len）;void timeslice_task_add（TimesilceTaskObj* obj）;void timeslice_task_del（TimesilceTaskObj* obj）;unsigned int timeslice_get_task_timeslice_len（TimesilceTaskObj* obj）;unsigned int timeslice_get_task_num（void）;unsigned char timeslice_task_isexist（TimesilceTaskObj* obj）;

#endif

c文件：

#include “。/timeslice.h”

static LIST_HEAD（timeslice_task_list）;

void timeslice_exec（）{ ListObj* node; TimesilceTaskObj* task;

list_for_each（node， ×lice_task_list） { task = list_entry（node， TimesilceTaskObj， timeslice_task_list）; if （task-》is_run == TASK_RUN） { task-》task_hdl（）; task-》is_run = TASK_STOP; } }}

void timeslice_tick（）{ ListObj* node; TimesilceTaskObj* task;

list_for_each（node， ×lice_task_list） { task = list_entry（node， TimesilceTaskObj， timeslice_task_list）; if （task-》timer ！= 0） { task-》timer--; if （task-》timer == 0） { task-》is_run = TASK_RUN; task-》timer = task-》timeslice_len; } } }}

unsigned int timeslice_get_task_num（）{ return list_len（×lice_task_list）;}

void timeslice_task_init（TimesilceTaskObj* obj， void （*task_hdl）（void）， unsigned int id， unsigned int timeslice_len）{ obj-》id = id; obj-》is_run = TASK_STOP; obj-》task_hdl = task_hdl; obj-》timer = timeslice_len; obj-》timeslice_len = timeslice_len;}

void timeslice_task_add（TimesilceTaskObj* obj）{ list_insert_before（×lice_task_list， &obj-》timeslice_task_list）;}

void timeslice_task_del（TimesilceTaskObj* obj）{ if （timeslice_task_isexist（obj）） list_remove（&obj-》timeslice_task_list）; else return;}

unsigned char timeslice_task_isexist（TimesilceTaskObj* obj）{ unsigned char isexist = 0; ListObj* node; TimesilceTaskObj* task;

list_for_each（node， ×lice_task_list） { task = list_entry（node， TimesilceTaskObj， timeslice_task_list）; if （obj-》id == task-》id） isexist = 1; }

return isexist;}

unsigned int timeslice_get_task_timeslice_len（TimesilceTaskObj* obj）{ return obj-》timeslice_len;}

底層侵入式雙向鏈表

該鏈表是linux內(nèi)核中使用十分廣泛，也十分經(jīng)典，其原理具體可以參考文章：https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3562146.html

h文件：

#ifndef _LIST_H#define _LIST_H

#define offset_of（type， member） （unsigned long） &（（type*）0）-》member#define container_of（ptr， type， member） （（type *）（（char *）（ptr） - offset_of（type， member）））

typedef struct list_structure{ struct list_structure* next; struct list_structure* prev;} ListObj;

#define LIST_HEAD_INIT（name） {&（name）， &（name）}#define LIST_HEAD（name） ListObj name = LIST_HEAD_INIT（name）

void list_init（ListObj* list）;void list_insert_after（ListObj* list， ListObj* node）;void list_insert_before（ListObj* list， ListObj* node）;void list_remove（ListObj* node）;int list_isempty（const ListObj* list）;unsigned int list_len（const ListObj* list）;

#define list_entry（node， type， member） container_of（node， type， member）

#define list_for_each（pos， head） for （pos = （head）-》next; pos ！= （head）; pos = pos-》next）

#define list_for_each_safe（pos， n， head） for （pos = （head）-》next， n = pos-》next; pos ！= （head）; pos = n， n = pos-》next）

#endif

c文件：

#include “l(fā)ist.h”

void list_init（ListObj* list）{ list-》next = list-》prev = list;}

void list_insert_after（ListObj* list， ListObj* node）{ list-》next-》prev = node; node-》next = list-》next;

list-》next = node; node-》prev = list;}

void list_insert_before（ListObj* list， ListObj* node）{ list-》prev-》next = node; node-》prev = list-》prev;

list-》prev = node; node-》next = list;}

void list_remove（ListObj* node）{ node-》next-》prev = node-》prev; node-》prev-》next = node-》next;

node-》next = node-》prev = node;}

int list_isempty（const ListObj* list）{ return list-》next == list;}

unsigned int list_len（const ListObj* list）{ unsigned int len = 0; const ListObj* p = list; while （p-》next ！= list） { p = p-》next; len++; }

return len;}

到此，一個(gè)全新的，完全解耦的，十分方便易用時(shí)間片輪詢框架完成。

責(zé)任編輯：haq