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這篇文章主要介紹了嵌入式C語言輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核編寫的方法的相關(guān)知識，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價值，相信大家閱讀完這篇嵌入式C語言輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核編寫的方法文章都會有所收獲，下面我們一起來看看吧。
在寫單片機(jī)程序的時候往往會遇見下面的情況
1、產(chǎn)品功能需要很多不同的延時效果，又不能用delay死延時，比方說按鍵檢測、led不同閃爍效果。
2、程序功能一多起來，整個腦子就混亂了，不知道這么整合起來。
3、不同功能區(qū)域的除了共享全局變量或數(shù)組以外不知道該怎么做。
實時操作系統(tǒng)rtos、ucos、linux系統(tǒng)，都是好的程序架構(gòu)，它們就為開發(fā)者提供了系統(tǒng)實時性好、可靠性高、可移植性強(qiáng)等保障。工程師不需要研究復(fù)制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，比如任務(wù)分配、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、消息機(jī)制等等，只需要學(xué)習(xí)使用系統(tǒng)就夠了。
1、傳統(tǒng)順序執(zhí)行的程序架構(gòu)
最多的時候，單片機(jī)程序都是使用while死循環(huán)，然后順序執(zhí)行各種函數(shù)，這種程序設(shè)計比較簡單。
#include <stdio.h>
int main()
{
keys = KeyScan();
while(1)
{
if (keys ==1)
{
//
}
}
return 0;
}缺點就是只適合做小項目，程序大了以后邏輯一定會非?；靵y，實時性，穩(wěn)定性，移植性差。
2、實時操作系統(tǒng)
比如ucos、rtos，用戶使用這些系統(tǒng)就只需要把系統(tǒng)移植好能跑起來就行。這種架構(gòu)的優(yōu)點就是它自身就是一個穩(wěn)定性、實時性高的，有的甚至提供了圖形gui和網(wǎng)絡(luò)tcp/ip等強(qiáng)大的功能。
缺點就是占用內(nèi)存資源比較嚴(yán)重，移植起來比較復(fù)雜，應(yīng)用以后如果不去深耕，系統(tǒng)架構(gòu)的工作原理出了問題就會無從下手。所以這種系統(tǒng)一般針對大型項目，對某些功能有需要，比如帶屏幕的需要做大量界面的，或者帶網(wǎng)絡(luò)通信的。
3、輕量級的程序架構(gòu)
這個程序架構(gòu)的定位是能夠應(yīng)用在大多數(shù)的中低端單片機(jī)，占用單片機(jī)內(nèi)存資源比較少，在1kb左右。
主要分為兩個部分：
1、程序架構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核
2、任務(wù)通訊
系統(tǒng)內(nèi)核用于任務(wù)的統(tǒng)一分配管理。
任務(wù)通信就是不同模塊間的通信，比如說硬件層和應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳遞，這個就是通過回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)的。
本文的重點就是為了編寫一個有任務(wù)分配、任務(wù)調(diào)度的系統(tǒng)內(nèi)核代碼。能滿足移植性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，實時性好的特點。
內(nèi)核代碼主要是用來分配任務(wù)和任務(wù)調(diào)度的，任務(wù)就是各功能模塊輪詢的處理函數(shù)。分配任務(wù)就是創(chuàng)建任務(wù)，把各功能模塊處理函數(shù)加入到任務(wù)管理列表里。
任務(wù)調(diào)度就是定時喚醒和休眠任務(wù)列表里的任務(wù)。
這里的喚醒就是調(diào)用，休眠就是把任務(wù)掛起，不讓它執(zhí)行。
程序架構(gòu)的系統(tǒng)內(nèi)核工作流程：
任務(wù)初始化：包括硬件的初始化，如gpio的配置，定時器初始化，串口初始化等等。然后任務(wù)的創(chuàng)建和任務(wù)執(zhí)行函數(shù)的初始化。
任務(wù)調(diào)度：即我們傳統(tǒng)的while（1）循環(huán)里面輪詢的函數(shù)，只是我們?yōu)槊恳粋€任務(wù)提供不一樣的時間節(jié)拍，還可以讓任意一個任務(wù)進(jìn)入休眠。
系統(tǒng)內(nèi)核說白了就是寫一個任務(wù)的管理程序，通過這個程序可以更加靈活控制整個程序的允許狀態(tài)，特別是需要做低功耗的產(chǎn)品來說。
系統(tǒng)內(nèi)核主要完成以下工作：
1、任務(wù)創(chuàng)建
2、任務(wù)調(diào)度
3、任務(wù)掛起
4、任務(wù)休眠
優(yōu)點：
1、可以為每個任務(wù)提供不同時鐘節(jié)拍。
2、可以靈活控制每個任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)。
3、實時性更高
4、程序流程更加清晰
5、更適合做低功耗
OS_System.c代碼和OS_System.h代碼
#include "OS_System.h"
volatile OS_TaskTypeDef OS_Task[OS_TASK_SUM];
CPUInterrupt_CallBack_t CPUInterrupptCtrlCBS;
/********************************************************************************************************
* @函數(shù)名 OS_CPUInterruptCBSRegister
* @描述 注冊CPU中斷控制函數(shù)
* @參數(shù) pCPUInterruptCtrlCBS-CPU中斷控制回調(diào)函數(shù)地址
* @返回值 無
* @注意 無
********************************************************************************************************/
void OS_CPUInterruptCBSRegister(CPUInterrupt_CallBack_t pCPUInterruptCtrlCBS)
{
if(CPUInterrupptCtrlCBS == 0)
{
CPUInterrupptCtrlCBS = pCPUInterruptCtrlCBS;
}
}
/********************************************************************************************************
* @函數(shù)名 OS_TaskInit
* @描述 系統(tǒng)任務(wù)初始化
* @參數(shù) 無
* @返回值 無
* @注意 無
********************************************************************************************************/
void OS_TaskInit(void)
{
unsigned char i;
for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++)
{
OS_Task[i].task = 0;
OS_Task[i].RunFlag = OS_SLEEP;
OS_Task[i].RunPeriod = 0;
OS_Task[i].RunTimer = 0;
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), OS_TIME_TYPEDEF TimeDly, bool flag)
* Description : 創(chuàng)建任務(wù)
* Input : - ID：任務(wù)ID
* - (*proc)() 用戶函數(shù)入口地址
* - TimeDly 任務(wù)執(zhí)行頻率，單位ms
* - flag 任務(wù)就緒狀態(tài) OS_SLEEP-休眠 OS_RUN-運行
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), unsigned short Period, OS_TaskStatusTypeDef flag)
{
if(!OS_Task[ID].task)
{
OS_Task[ID].task = proc;
OS_Task[ID].RunFlag = OS_SLEEP;
OS_Task[ID].RunPeriod = Period;
OS_Task[ID].RunTimer = 0;
}
}
/********************************************************************************************************
* @函數(shù)名 OS_ClockInterruptHandle
* @描述 系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度函數(shù)
* @參數(shù) 無
* @返回值 無
* @注意 為了保證任務(wù)實時性，這個必須放在10ms的定時器或系統(tǒng)時鐘中斷函數(shù)里
********************************************************************************************************/
void OS_ClockInterruptHandle(void)
{
unsigned char i;
for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++) //這個循環(huán)是對所有的任務(wù)執(zhí)行一次以下操作。
{
if(OS_Task[i].task) //通過task函數(shù)指針指向不等于0來判斷任務(wù)是否被創(chuàng)建
{
OS_Task[i].RunTimer++;
if(OS_Task[i].RunTimer > OS_Task[i].RunPeriod) //判斷計時器值是否到達(dá)任務(wù)需要執(zhí)行的時間
{
OS_Task[i].RunTimer = 0;
OS_Task[i].RunFlag = OS_RUN;//把任務(wù)的狀態(tài)設(shè)置成執(zhí)行，任務(wù)調(diào)度函數(shù)會一直判斷這個變量的值，如果是OS_RUN就會執(zhí)行task指向的函數(shù)。
}
}
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_Start(void)
* Description : 開始任務(wù)
* Input : None
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
void OS_Start(void)
{
unsigned char i;
while(1)
{
for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++)
{
if(OS_Task[i].RunFlag == OS_RUN)
{
OS_Task[i].RunFlag = OS_SLEEP;
(*(OS_Task[i].task))();
}
}
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID)
* Description : 喚醒一個任務(wù)
* Input : - taskID：需要被喚醒任務(wù)的ID
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID)
{
unsigned char IptStatus;
if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
{
CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_ENTER_CRITICAL,&IptStatus);//在這里關(guān)閉單片機(jī)總中斷
}
OS_Task[taskID].RunFlag = OS_RUN;
if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
{
CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_EXIT_CRITICAL,&IptStatus);//在這里開啟單片機(jī)總中斷
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID)
* Description : 掛起一個任務(wù)，讓一個任務(wù)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，該函數(shù)暫時沒用到
* Input : - taskID：需要被掛起任務(wù)的ID
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID)
{
unsigned char IptStatus;
if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
{
CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_ENTER_CRITICAL,&IptStatus);//在這里關(guān)閉單片機(jī)總中斷
}
OS_Task[taskID].RunFlag = OS_SLEEP;
if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
{
CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_EXIT_CRITICAL,&IptStatus);//在這里開啟單片機(jī)總中斷
}
} typedef enum
{
CPU_ENTER_CRITICAL, //CPU進(jìn)入臨界
CPU_EXIT_CRITICAL, //CPU退出臨界
}CPU_EA_TYPEDEF;
//定義一個CPU中斷控制回調(diào)函數(shù)指針,別名CPUInterrupt_CallBack_t,
typedef void (*CPUInterrupt_CallBack_t)(CPU_EA_TYPEDEF cmd,unsigned char *pSta);
//系統(tǒng)任務(wù)ID
typedef enum
{
OS_TASK1,
OS_TASK_SUM
}OS_TaskIDTypeDef;
//系統(tǒng)任務(wù)運行狀態(tài),暫時沒用到
typedef enum
{
OS_SLEEP, //任務(wù)休眠
OS_RUN=!OS_SLEEP //任務(wù)運行
}OS_TaskStatusTypeDef;
//系統(tǒng)任務(wù)結(jié)構(gòu)體
typedef struct
{
void (*task)(void); //任務(wù)函數(shù)指針
OS_TaskStatusTypeDef RunFlag; //任務(wù)運行狀態(tài)
unsigned short RunPeriod; //任務(wù)調(diào)度頻率
unsigned short RunTimer; //任務(wù)調(diào)度計時器
}OS_TaskTypeDef;
/* 函數(shù)聲明 */
/*******************************************************************************/
void OS_CPUInterruptCBSRegister(CPUInterrupt_CallBack_t pCPUInterruptCtrlCBS);
void OS_ClockInterruptHandle(void);
void OS_TaskInit(void);
void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), unsigned short TimeDly, OS_TaskStatusTypeDef flag);
void OS_Start(void);
void OS_ClockInterruptHandle(void);
void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID);
void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID);了解ucos或者其他操作系統(tǒng)的朋友都知道，單片機(jī)想要跑這些實時操作系統(tǒng)，必須進(jìn)行系統(tǒng)的移植，移植就是把單片機(jī)的硬件資源，比如說中斷的打開和關(guān)閉，定時器，堆棧的處理等和ucos系統(tǒng)的內(nèi)核關(guān)聯(lián)起來，比如說我們這個內(nèi)核文件需要關(guān)閉中斷了，那么它是不知道你是用什么單片機(jī)，要怎么關(guān)閉單片機(jī)中斷的，只要靠你來寫一個關(guān)閉中斷的函數(shù)，然后把這個函數(shù)地址賦值給它們的相關(guān)函數(shù)指針變量。同樣的，我們這個系統(tǒng)內(nèi)核也是需要用到單片機(jī)一些資源的，比如說10ms的定時時間，打開和關(guān)閉中斷。所以我們單片機(jī)來實現(xiàn)這個過程就叫移植，那么我們這個內(nèi)核移植非常簡單，大家可以通過這個來理解一些操作系統(tǒng)的移植原理也會比較容易，移植的流程：
1、把OS_ClockInterruptHandle（）函數(shù)放到單片機(jī)定時器中斷處理函數(shù)里，定時頻率10ms
2、重寫單片機(jī)總中斷開關(guān)
3、通過OS_CPUInterruptCBSRegister（）函數(shù)把內(nèi)核中斷處理函數(shù)指針指向單片機(jī)總中斷開關(guān)處理函數(shù)。
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