嵌入式軟件開發(fā)常用的三種架構(gòu)

對于單片機程序來說，大家都不陌生，但是真正使用架構(gòu)，考慮架構(gòu)的恐怕并不多，隨著程序開發(fā)的不斷增多，架構(gòu)是非常必要的。

一、時間片輪詢法

介于前后臺順序執(zhí)行法和操作系統(tǒng)之間的一種程序架構(gòu)設(shè)計方案。

該設(shè)計方案需能幫助嵌入式軟件開發(fā)者更上一層樓，在嵌入式軟件開發(fā)過程中，若遇到以下幾點，那么該設(shè)計方案可以說是最優(yōu)選擇，適用于程序較復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)；

目前的需求設(shè)計需要完全沒有必要上操作系統(tǒng)。

任務(wù)函數(shù)無需時刻執(zhí)行，存在間隔時間(比如按鍵，一般情況下，都需要軟件防抖，初學者的做法通常是延時10ms左右再去判斷，但10ms極大浪費了CPU的資源，在這段時間內(nèi)CPU完全可以處理很多其他事情)

實時性有一定的要求。

該設(shè)計方案需要使用一個定時器，一般情況下定時1ms即可（定時時間可隨意定，但中斷過于頻繁效率就低，中斷太長，實時性差），因此需要考慮到每個任務(wù)函數(shù)的執(zhí)行時間，建議不能超過1ms（能通過程序優(yōu)化縮短執(zhí)行時間則最好優(yōu)化，如果不能優(yōu)化的，則必須保證該任務(wù)的執(zhí)行周期必須遠大于任務(wù)所執(zhí)行的耗時時間），同時要求主循環(huán)或任務(wù)函數(shù)中不能存在毫秒級別的延時。

以下介紹兩種不同的實現(xiàn)方案，分別針對無函數(shù)指針概念的朋友和想進一步學習的朋友。

1、無函數(shù)指針的設(shè)計方式

2、含函數(shù)指針的設(shè)計方式

二、操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)EOS(Embedded OperatingSystem)是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。

對于單片機來說，比較常用的有UCOS、FreeRTOS、RT-Thread Nano和RTX 等多種搶占式操作系統(tǒng)(其他如Linux等操作系統(tǒng)不適用于單片機)

操作系統(tǒng)和“時間片輪詢法”，在任務(wù)執(zhí)行方面來說，操作系統(tǒng)對每個任務(wù)的耗時沒有過多的要求，需要通過設(shè)置每個任務(wù)的優(yōu)先級，在高優(yōu)先級的任務(wù)就緒時，會搶占低優(yōu)先級的任務(wù)；操作系統(tǒng)相對復(fù)雜，因此這里不詳細介紹了。

關(guān)于如何選擇合適的操作系統(tǒng)(uCOS、FreeRTOS、RTThread、RTX等RTOS的對比之特點：

uCOS:網(wǎng)上資料豐富，非常適合學習，但是在產(chǎn)品上使用則需要收費。

FreeRTOS：使用免費，因此很多產(chǎn)品都在用。

RT-Thread：國產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，有著十分豐富的組件，也免費，資料：RT-Thread文檔中心。

RTX:為ARM和Cortex-M設(shè)備設(shè)計的免版稅，確定性的實時操作系統(tǒng)。

借網(wǎng)上一張對比圖：

三、前后臺順序執(zhí)行法

這是初學者們常用的程序框架設(shè)計方案，不用考慮太多東西，代碼簡單，或者對系統(tǒng)的整體實時性和并發(fā)性要求不高；初始化后通過while(1){}或for(;;){}循環(huán)不斷調(diào)用自己編寫完成的函數(shù)，也基本不考慮每個函數(shù)執(zhí)行所需要的時間，大部分情況下函數(shù)中或多或少都存在毫秒級別的延時等待。

優(yōu)點：對于初學者來說，這是最容易也是最直觀的程序架構(gòu)，邏輯簡單明了，適用于邏輯簡單，復(fù)雜度比較低的軟件開發(fā)。

缺點：實時性低，由于每個函數(shù)或多或少存在毫秒級別的延時，即使是1ms，也會造成其他函數(shù)間隔執(zhí)行時間的不同，雖然可通過定時器中斷的方式，但是前提是中斷執(zhí)行函數(shù)花的時間必須短。當程序邏輯復(fù)雜度提升時，會導致后來維護人員的大腦混亂，很難理清楚該程序的運行狀態(tài)。

審核編輯：湯梓紅