单片机处理多个任务程序框架设计

jupitars

[paragraph]在单片机裸机开发时，单片机要处理多个任务，此时你的程序框架是怎样的呢？
这其实是个经典面试问题，我以前面试也被问过。
答案一：轮询系统
代码结构如：
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int main(void)
{ init_something();  while(1) {  do_something1();        do_something2();        do_something3(); }}这种结构大概是我们初学单片机的时候的代码结构。在没有外部事件驱动时，可以较好使用。
只答出了这种情况，印象分估计会比较低，多半凉凉。
答案二：前后台系统
代码结构如（该代码来自 《RT-Thread内核实现与应用开发实践指南》 ）：
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int flag1 = 0;
int flag2 = 0;int flag3 = 0;int main(void){ /* 硬件相关初始化 */ HardWareInit(); /* 无限循环 */ for (;;) {   if (flag1) {     /* 处理事情 1 */     DoSomething1();   }   if (flag2) {     /* 处理事情 2 */     DoSomethingg2();   }   if (flag3) {     /* 处理事情 3 */     DoSomethingg3();   } }}void ISR1(void){ /* 置位标志位 */ flag1 = 1; /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理 如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */ DoSomething1();}void ISR2(void){ /* 置位标志位 */ flag2 = 2; /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理 如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */ DoSomething2();}void ISR3(void){ /* 置位标志位 */ flag3 = 1; /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理 如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */ DoSomething3();}此处，中断称为前台，main中的while循环称为后台。相比于循环系统，这种方式相对可以提高外部事件的实时响应能力。
可以回答出这种情况，印象分大概一半以上，会再细问。
答案三：升级版前后台系统（软件定时器法）
以前，学C语言时，常常听到有人说：指针是C语言的灵魂，没学会指针就是没学会C语言。。
后来，学单片机时，又听到有人说：中断和定时器是单片机的灵魂，没掌握中断与定时器就没学会单片机。。
大佬们都那么说了，那就拿定时器来搞点事情。定时器浑身都是宝，本篇笔记我们来介绍使用定时器（系统滴答定时器或者其它定时器）来做的裸机框架。软件定时器法也有另一种说法：时间片轮询法。
可以回答出这种情况，这场面试多半稳了。
下面以STM32单片机为例看看这种方法的使用。
站在巨人的肩膀上
开源项目—— MultiTimer ，项目仓库地址：
https://github.com/0x1abin/MultiTimer
1、MultiTimer 简介
MultiTimer 是一个软件定时器扩展模块，可无限扩展你所需的定时器任务，取代传统的标志位判断方式， 更优雅更便捷地管理程序的时间触发时序。
2、MultiTimer 的demo
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#include "multi_timer.h"
struct Timer timer1;struct Timer timer2;void timer1_callback(){    printf("timer1 timeout!");}void timer2_callback(){    printf("timer2 timeout!");}int main(){    timer_init(&timer1, timer1_callback, 1000, 1000); //1s loop    timer_start(&timer1);        timer_init(&timer2, timer2_callback, 50, 0); //50ms delay    timer_start(&timer2);        while(1) {                timer_loop();    }}void HAL_SYSTICK_Callback(void){    timer_ticks(); //1ms ticks}3、MultiTimer 的移植、剖析
想要对MultiTimer 进行深入学习可阅读项目源码及如下这篇文章：
第6期 | MultiTimer，一款可无限扩展的软件定时器
自己动手，丰衣足食
1、代码模板
准备一个定时器，可以是系统滴答定时器，也可以是TIM定时器，使用这个定时器拓展出多个软件定时器。
比如我们系统中有三个任务：LED翻转、温度采集、温度显示。此时我们可以使用一个硬件定时器拓展出3个软件定时器，定义如下宏定义：
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#define  MAX_TIMER            3            // 最大定时器个数
EXT volatile unsigned long    g_Timer1[MAX_TIMER]; #define  LedTimer             g_Timer1[0]  // LED翻转定时器#define  GetTemperatureTimer  g_Timer1[1]  // 温度采集定时器#define  SendToLcdTimer       g_Timer1[2]  // 温度显示定时器#define  TIMER1_SEC        (1)              // 秒#define  TIMER1_MIN        (TIMER1_SEC*60)  // 分在定时器初始化的时候也顺便给三个软件定时器进行初始化操作：
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/********************************************************************************************************
** 函数: TIM1_Init, 通用定时器1初始化**------------------------------------------------------------------------------------------------------** 参数: arr：自动重装值 psc：时钟预分频数** 说明: 定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft** 返回: void ********************************************************************************************************/void TIM1_Init(uint16_t arr, uint16_t psc){    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);   /* 定时器TIM1初始化 */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;   TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0; TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);   TIM_ClearFlag(TIM1,TIM_FLAG_Update );  /* 中断使能 */ TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update, ENABLE );   /* 中断优先级NVIC设置 */    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  TIM1_UP_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);   TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);       // 全局定时器初始化 for(int i = 0; i < MAX_TIMER; i++) {  g_Timer1 = 0;    }}在定时器中断中对这些软件定时器进行定时值做递减操作：
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/********************************************************************************************************
** 函数: TIM1_IRQHandler,  定时器1中断服务程序**------------------------------------------------------------------------------------------------------** 参数: 无** 返回: 无 ********************************************************************************************************/void TIM1_UP_IRQHandler(void)   //TIM1中断{ uint8 i;  if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update) != RESET)  // 检查TIM1更新中断发生与否 {  //-------------------------------------------------------------------------------  // 各种定时间器计时  for (i = 0; i < MAX_TIMER; i++)     // 定时时间递减        if( g_Timer1 ) g_Timer1-- ;  TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update);     //清除TIMx更新中断标志  }} 我们在各个定时任务中给这些软件定时器赋予定时值，这些定时值递减到0则该任务会被触发执行，比如：
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void Task_Led(void)
{ //---------------------------------------------------------------- // 等待定时时间 if(LedTimer) return; LedTimer = 1 * TIMER1_SEC; //---------------------------------------------------------------- // LED任务主体 LedToggle();}void Task_GetTemperature(void){ //---------------------------------------------------------------- // 等待定时时间 if(LedTimer) return; LedTimer = 2 * TIMER1_SEC; //---------------------------------------------------------------- // 温度采集任务主体 GetTemperature();}void Task_SendToLcd(void){ //---------------------------------------------------------------- // 等待定时时间 if(LedTimer) return; LedTimer = 2 * TIMER1_SEC; //---------------------------------------------------------------- // 温度显示任务主体 LcdDisplay();}如此一来，每过1、2、4秒则分别触发LED翻转任务、温度采集任务、温度显示任务。
这里配置的最小定时单位为1秒，当然根据实际需要进行配置（定时器初始化），定时器初始化可以放在系统统一初始化函数里：
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/********************************************************************************************************
** 函数: SysInit, 系统上电初始化**------------------------------------------------------------------------------------------------------** 参数: ** 说明: ** 返回: ********************************************************************************************************/void SysInit(void){ CpuInit();                  // 配置系统信息函数 SysTickInit();              // 系统滴答定时器初始化函数 UsartInit(115200);          // 串口初始化函数，波特率115200 TIM1_Init(2000-1, 36000-1); // 定时周期1s LedInit();                  // Led初始化 TemperatureInit();          // 温度传感器初始化 LcdInit();                  // LCD初始化}此时我们的main函数就可以设计为：
int main(void)
{ //-----------------------------------------------------------------------------------------------  // 上电初始化函数 SysInit();   //-----------------------------------------------------------------------------------------------  // 主程序 while (1) {  //-----------------------------------------------------------------------------------------------   // 定时任务  Task_Led();  Task_GetTemperature();   Task_SendToLcd(); }}主函数主要是进行系统上电的一些初始化操作，接着是调用各定时任务函数。
本demo使用定时器1来扩展出3个软件定时器，如果TIM资源不够用，可以换用系统滴答定时器来做。如：

                               
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其中，时间基数可以根据实际需要进行调整。
2、实践（代入法）
套用以上模板，分享我的一个实例：

                               
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需要思考及注意的问题是给每个任务的定时值设置多大合适？这也是一些朋友有疑问的，这只能是自己对自己的任务做考虑，具体情况具体分析，给经验值、调试调整。
就如同常常有人问定义多大的数组合适？在使用RTOS时每个线程的线程栈大小设置多大合适、优先级设置为多少合适？这些都是需要我们自己进行思考的。
有模板/轮子套用是好事，但有些问题不能单单依靠模板，否则有可能把自己给套进去。
以上是以STM32为例的，其它单片机也是可以用这样子的思想的，包括51单片机。
面对文首提到的面试问题，若是可以提到使用软件定时器来处理，进一步能清楚地表达出来，再进一步能写出一些伪代码，那这场面试多半是稳了。
不仅仅是为了面试，本文的方法是很经典的，小编曾经接触的产品项目中就有用到，很实用，值得学习掌握。方法掌握多了，实际应用的时候想用屠龙刀还是倚天剑根据实际情况选择使用即可。

leiyijie

      

william_d_87

轻微1213

  

wangy2000

谢谢分享

feihangdan

写的不错，不过不应该放在这个版块

armstm32

sun5304

  

学海无涯