精妙的單片機非阻塞延時程序設計
對于每個單片機愛好者及工程開發(fā)設計人員,在剛接觸單片機的那最初的青蔥歲月里,都有過點亮跑馬燈的經歷。從看到那一排排小燈按著我們的想法在跳動時激動心情。到隨著經驗越多,越來又會感覺到這個小燈是個好東西,尤其是在調試資源有限的環(huán)境中,有時會幫上大忙。
但對于絕大多數人,我們在最最初讓燈閃爍起來時大約都會用到阻塞延時實現,會像如下代碼的樣子:
- while(1)
- {
- LED =OFF;
- Delay_ms(500);
- LED = ON;
- Delay_ms(500);
- }
然后,在我們接觸到定時器,我們會發(fā)現,原來用定時中斷來處理會更好。比如我們可以500ms中斷一次,讓燈亮或滅,其余的時間系統(tǒng)還可以做非常之多的事情,效率一下提升了很多。
這時我們就會慢慢意識到,第一種(阻塞延時)方法效率很低,讓芯片在那兒空運行幾百毫米,什么也不做,真是莫大的浪費,尤其在芯片頻率較高,任務又很多時,這樣做就像在平坦寬闊的高速公路上挖了一大坑,出現事故可想而知。
但一個單片機中的定時器畢竟有限,如果我需要幾十個或者更多不同時間的定時中斷,每一個時間到都完成不同的處理動作,如何去做呢。一般我們會想到在一個定時中斷函數中再定義static 變量繼續(xù)定時,到了所需時間,做不同的動作。而這樣又會導致在一個中斷里做了很多不同的事情,會搶占主輪詢更多時間,有時甚至喧賓奪主,并也不是很如的思維邏輯。
那么有沒有更好的方法來實現呢,答案是肯定的。下面介紹我在一個項目中偶遇,一個精妙設計的非阻塞定時延時軟件的設計(此設計主要針對于無操作系統(tǒng)的裸機程序)。
在上篇文章中有對systick的介紹,比如我要設置其10ms中斷一次,如何實現呢?
也很簡單,只需調用 core_cm3.h文件中 SysTick_Config 函數 ,當系統(tǒng)時鐘為72MHZ,則設置成如下即可 SysTick_Config(720000 ); (遞減計數720000次后中斷一次) 。此時SysTick_Handler中斷函數就會10ms進入一次;
任務定時用軟件是如何設計的呢 ?
且先看其數據結構,這也是精妙所在之處,在此作自頂向下的介紹:
其定義結構體類型如:
- typedef struct
- {
- uint8_t Tick10Msec;
- Char_Field Status;
- } Timer_Struct;
其中Char_Field 為一聯(lián)合體,設計如下:
- typedef union
- {
- unsigned char byte;
- Timer_Bit field;
- } Char_Field
而它內部的Timer_Bit是一個可按位訪問的結構體:
- typedef struct
- {
- unsigned char bit0: 1;
- unsigned char bit1: 1;
- unsigned char bit2: 1;
- unsigned char bit3: 1;
- unsigned char bit4: 1;
- unsigned char bit5: 1;
- unsigned char bit6: 1;
- unsigned char bit7: 1;
- } Timer_Bit
此聯(lián)合體的這樣設計的目的將在后面的代碼中體現出來。
如此結構體的設計就完成了。
然后我們定義的一全局變量,Timer_Struct gTimer;
并在頭文件中宏定義如下:
- #define bSystem10Msec gTimer.Status.field.bit0
- #define bSystem50Msec gTimer.Status.field.bit1
- #define bSystem100Msec gTimer.Status.field.bit2
- #define bSystem1Sec gTimer.Status.field.bit3
- #define bTemp10Msec gTimer.Status.field.bit4
- #define bTemp50Msec gTimer.Status.field.bit5
- #define bTemp100Msec gTimer.Status.field.bit6
- #define bTemp1Sec gTimer.Status.field.bit
另外為了后面程序清晰,再定義一狀態(tài)指示:
- typedef enum
- {
- TIMER_RESET = 0,
- TIMER_SET = 1,
- } TimerStatus;
至此,準備工作就完成了。下面我們就開始大顯神通了!
首先,10ms定時中斷處理函數如,可以看出,每到達10ms 將把bTemp10Msec置1,每50ms 將把bTemp50Msec 置1,每100ms 將把bTemp100Msec 置1,每1s 將把bTemp1Sec 置1,
- void SysTick_Handler(void)
- {
- bTemp10Msec = TIMER_SET;
- ++gTimer.Tick10Msec;
- if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 5))
- {
- bTemp50Msec = TIMER_SET;
- }
- if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 10))
- {
- bTemp100Msec = TIMER_SET;
- }
- if (100 == gTimer.Tick10Msec)
- {
- gTimer.Tick10Msec = 0;
- bTemp1Sec = TIMER_SET;
- }
- }
而這又有什么用呢 ?
這時,我們需在主輪詢while(1)內最開始調用一個定時處理函數如下:
- void SysTimer _Process(void)
- {
- gTimer.Status.byte &= 0xF0;
- if (bTemp10Msec)
- {
- bSystem10Msec = TIMER_SET;
- }
- if (bTemp50Msec)
- {
- bSystem50Msec = TIMER_SET;
- }
- if (bTemp100Msec)
- {
- bSystem100Msec = TIMER_SET;
- }
- if (bTemp1Sec)
- {
- bSystem1Sec = TIMER_SET;
- }
- gTimer.Status.byte &= 0x0F;
- }
此函數開頭與結尾兩句
- gTimer.Status.byte &= 0xF0;
- gTimer.Status.byte &= 0x0F
就分別巧妙的實現了bSystemXXX (低4位) 和 bTempXXX(高4位)的清零工作,不用再等定時到達后還需手動把計數值清零。此處清零工作用到了聯(lián)合體中的變量共用一個起始存儲空間的特性。
但要保證while(1)輪詢時間要遠小于10ms,否則將導致定時延時不準確。這樣,在每輪詢一次,就先把bSystemXXX ,再根據bTempXXX判斷是否時間到達,并把對應的bSystemXXX 置1,而后面所有的任務就都可以通過bSystemXXX 來進行定時延時,在最后函數退出時,又會把bTempXXX清零,為下一次時間到達后查詢判斷作好了準備。
說了這么多,舉例說明一下如何應用:
- void Task_A_Processing(void)
- {
- if(TIMER_SET == bSystem50Msec){
- //do something
- }
- }
- void Task_B_Processing(void)
- {
- if(TIMER_SET == bSystem100Msec){
- //do something
- }
- }
- void Task_C_Processing(void)
- {
- static uint8_t ticks = 0;
- if(TIMER_SET == bSystem100Msec){
- ticks ++ ;
- }
- if(5 == ticks){
- ticks = 0;
- //do something
- }
- }
- void Task_D_Processing(void)
- {
- if(TIMER_SET == bSystem1Sec){
- //do something
- }
- }
以上示例四個任務進程,
在主輪詢里可進行如下處理:
- int main(void)
- {
- while(1)
- {
- SysTimer _Process();
- Task_A_Processing();
- Task_B_Processing();
- Task_C_Processing();
- Task_D_Processing();
- }
- }
這樣,就可以輕松且清晰實現了多個任務,不同時間內處理不同事件。(但注意,每個任務處理中不要有阻塞延時,也不要處理過多的事情,以致處理時間較長?稍O計成狀態(tài)機來處理不同任務。)
編輯:admin 最后修改時間:2018-05-18