中斷驅(qū)動多任務(wù)--- 單片機(MCU) 下的一種軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)資料下載

MCU由于內(nèi)部資源的限制，軟件設(shè)計有其特殊性，程序一般沒有復(fù)雜的算法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，代碼量也不大， 通常不會使用 OS (Operating System)， 因為對于一個只有若干K ROM、一百多byte RAM 的MCU來說，一個簡單OS 也會吃掉大部分的資源。 對于無OS的系統(tǒng)，流行的設(shè)計是主程序（主循環(huán) ）+（定時）中斷，這種結(jié)構(gòu)雖然符合自然想法，不過卻有很多不利之處，首先是中斷可以在主程序的任何地方發(fā)生，隨意打斷主程序。其次主程序與中斷之間的耦合性（關(guān)聯(lián)度）較大，這種做法 使得主程序與中斷纏繞在一起，必須仔細(xì)處理以防不測。 那么換一種思路，如果把主程序全部放入（定時）中斷中會怎么樣？這么做至少可以立即看到幾個好處：系統(tǒng)可以處于低功耗的休眠狀態(tài)，將由中斷喚醒進入主程序；如果程序跑飛，則中斷可以拉回；沒有了主從之分（其他中斷另計），程序易于模塊化。 為了把主程序全部放入（定時）中斷中，必須把程序化分成一個個的模塊，即任務(wù)，每個任務(wù)完成一個特定的功能，例如掃描鍵盤并檢測按鍵。 設(shè)定一個合理的時基 （tick），例如 5、10 或 20 ms，每次定時中斷，把所有任務(wù)執(zhí)行一遍，為減少復(fù)雜性，一般不做動態(tài)調(diào)度（最多使用固定數(shù)組以簡化設(shè)計，做動態(tài)調(diào)度就接近 OS了），這實際上是一種無優(yōu)先級時間片輪循的變種。來看看主程序的構(gòu)成： void main() { …. // Initialize while (true) { IDLE； //sleep } } 這里的 IDLE 是一條sleep 指令，讓MCU進入低功耗模式。中斷程序的構(gòu)成： void Timer_Interrupt() { SetTimer(); ResetStack(); Enable_Timer_Interrupt; …. 進入中斷后，首先重置Timer，這主要針對8051、8051 自動重裝分頻器只有 8-bit，難以做到長時間定時；復(fù)位 stack ，即把stack指針賦值為棧頂或棧底，用以表示與過去決裂，而且不準(zhǔn)備返回到中斷點，保證不會保留程序在跑飛時stack 中的遺體。Enable_Timer_Interrupt 也主要是針對8051。8051 由于中斷控制較弱，只有兩級中斷優(yōu)先級，而且使用了如果中斷程序不用 reti 返回，則不能響應(yīng)同級中斷這種偷懶方法，所以對于 8051，必須調(diào)用一次 reti 來開放中斷： _Enable_Timer_Interrupt: acall _reti _reti: reti 下面就是任務(wù)的執(zhí)行了，這里有幾種方法。第一種是采用固定順序，由于MCU程序復(fù)雜度不高，多數(shù)情況下可以采用這種方法： … Enable_Timer_Interrupt; ProcessKey(); RunTask2(); … RunTaskN(); while (1) IDLE； 可以看到中斷把所有任務(wù)調(diào)用一遍，至于任務(wù)是否需要運行，由程序員自己控制。另一種做法是通過函數(shù)指針數(shù)組： #define CountOfArray(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0])) typedef void (*FUNCTIONPTR)(); const FUNCTIONPTR[] tasks = { ProcessKey, RunTask2， … RunTaskN }; void Timer_Interrupt() { SetTimer(); ResetStack(); Enable_Timer_Interrupt; for (i=0; i (*tasks[i])(); while (1) IDLE； } 使用const 是讓數(shù)組內(nèi)容位于 code segment （ROM) 而非 data segment (RAM) 中，8051 中使用 code 作為 const 的替代品。 (題外話：關(guān)于函數(shù)指針賦值時是否需要取地址操作符 & 的問題，與數(shù)組名一樣，取決于 compiler. 對于熟悉匯編的人來說，函數(shù)名和數(shù)組名都是常數(shù)地址，無需也不能取地址。對于不熟悉匯編的人來說，用 & 取地址是理所當(dāng)然的事情。Visual C++ 2005對此兩者都支持) 這種方法在匯編下表現(xiàn)為散轉(zhuǎn)，一個小技巧是利用 stack 獲取跳轉(zhuǎn)表入口：