MCU 驱动应用分层架构 mcu系统架构 |
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MCU 驱动应用分层架构 mcu系统架构
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MCU的程序结构大致有三类： 实际是四种：轮询 前后台 时间片轮询 带系统的 裸机系统通常分成轮询系统和前后台系统 轮询系统就是在main函数里，让各个功能函数按顺序循环执行，实时性差，不适合有外部事件驱动时情况。 前后台系统就是在轮询系统中加入了中断，平时用得比较多，中断在这里称为前台，main函数里面的无限循环称为后台。 相比前后台系统，多线程系统的事件响应也是在中断中完成的，但是事件的处理是在线程中完成的。在多线程系统中，线程跟中断一样，也具有优先级，优先级高的线程会被优先执行。当一个紧急的事件在中断被标记之后，如果事件对应的线程的优先级足够高，就会立马得到响应。相比前后台系统，多线程系统的实时性又被提高了。
原文链接： 1.1 简单的前后台顺序执行程序；了解前后台系统之前先来了解一下***轮询系统*** 轮询系统是 MCU 中最简单的入门系统，它的程序结构是通常只需要一个 While(1)或For(;;)死循环来实现： //程序清单 1.1 ...... int main(void) { HwInit(); //初始化外设 while(1) { statement_1; //语句1 statement_2; //语句2 statement_3; //语句3 ...... } return 0; }在该程序中，MCU首先初始化外设，如定时器，串口等，接着就不断循环的运行while(1)中的三个语句，轮询程序结构非常简单，通常适用一些不需要响应外部输入的嵌入式设备。因为在需要处理外部输入事件时，可能会由于某个语句执行时间较长，导致错过外部输入事件。比如 MCU 通过 read_key()函数来读取一个按键，当用户在按下抬起按键时，MCU 正在执行其它语句，而当 read_key() 被执行时，按键早已抬起，这便丢失了一次按键检测。显然，这样的程序会出现按键频繁失灵的缺陷。前后台系统 前后台系统在轮询系统中，增加了 中断 机制。中断机制可以打断 MCU 目前正在执行的程序，而执行另外一段程序，这段程序称为中断程序，当中断程序执行完成，再回到原先位置，执行接下去的代码： //程序清单 1.2 ...... int main(void) { HwInit(); //初始化外设 while(1) { statement_1; //语句1 statement_2; //语句2 statement_3; //语句3 ...... } return 0; } void interrupt_event(void) { statement_4; //语句4 return 0; }在清单1.2中，interrupt_event()函数可以被中断执行，在前后台系统中，可以通过程序配置使 MCU 在某一个IO口有低电平，产生一次中断并运行中断函数。前后台系统与轮询系统相比，其中一个明显优点是可以实时响应外部输入。另外，通常中断是可以嵌套的，即是当发生一个中断时，MCU 开始执行中断相关代码，此时一个优先级更高的中断发生，MCU 将转向执行另一个程序。 1.2 裸机时间片轮询法；1.什么情况下使用裸机时间片轮询法？ 随着需求程序越来越复杂，简单的前后台顺序执行程序显得有些吃力、稳定性变差、bug也会增多。这是除了移植复杂的操作系统，还有一种更为轻便的方法来管理MCU的执行逻辑，即***裸机时间片轮询法***。 2.需要一个定时器中断资源去计时，计时周期如1ms，10ms，100ms，500ms…… 让这个定时器来管理我们的任务，中断程序中查询更新任务标志。然后在主循环中判断有无任务标志，在然后执行相应的任务即可。 3.使用裸机时间片轮询法可以提高轻量级程序代码的稳定性和可靠性，实现过程方便快捷。 1.3 搭载操作系统。多线程系统是通过软件实现的，它可以让 MCU “同时”执行多个函数。事实上，这只是效果上看是多个函数在执行，由于单核的 MCU 每次只能处理一条指令，所以只是通过不断的切换 MCU 执行的函数（每个函数都执行一小段时间），由于MCU速度很快，运行效果就是多个函数在同时执行。这些被 MCU 不断切换执行的函数，在嵌入式系统中，被称为任务： //程序清单 1.3 … int main(void) { HwInit(); //初始化外设 OS_Init(); //初始化系统 OS_Start(); //运行内核调度 while(1) { ...... } return 0; } //任务1 void task_1(void) { task_statement_1; task_statement_2; task_statement_3; OS_delay(); } //任务2 void task_2(void) { task_statement_1; task_statement_2; task_statement_3; OS_delay(); } //任务3 void task_3(void) { task_statement_1; task_statement_2; task_statement_3; OS_delay(); }在清单1.3中，程序不断的产生中断，每次中断都会执行三个任务中的其中一个，这是通过优先级来确定的，一旦当高优先任务执行到OS_delay()函数时候，低优先的任务就会被执行，当高优先级延时结束以后，则 MCU 返回执行高优先级的任务。在没有任务调度的系统，一些功能的实现可能需要程序不断的穿插，即负责不同功能的程序，融合在一起，这无疑不利于可读性以及程序的维护等。 操作系统通常包括更多的功能，除了内核（调度任务）以外，还通常包括文件系统，内存管理，外设的驱动等等。有了操作系统，功能的实现变得更加的便捷。当然，操作系统或是逻辑系统，需要根据功能需求确定
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