前言
單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，我們往往首先接觸裸機(jī)系統(tǒng)，然后到RTOS，那么它們的軟件架構(gòu)是什么?這是我們開(kāi)發(fā)人員必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。在實(shí)際項(xiàng)目中，首先選擇軟件架構(gòu)是非常重要的，接下來(lái)我們淺談一下我們單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，有哪些程序架構(gòu)。
一.裸機(jī)系統(tǒng)
1.輪詢系統(tǒng)
輪詢系統(tǒng)是 MCU中最簡(jiǎn)單的入門系統(tǒng)，它的程序結(jié)構(gòu)是通常只需要一個(gè)While(1)或for(;;)死循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)：
int main(void)
{
while(1)
{
//事務(wù)1
//......
//事務(wù)n
}
return0;
}
這種程序架構(gòu)就是不斷循環(huán)，那么這種程序架構(gòu)的缺點(diǎn)是非常的明顯的—實(shí)時(shí)性差，因?yàn)槲覀兊木帉懙拇a都是順序的執(zhí)行，如果事務(wù)1和事務(wù)2之間有一個(gè)延時(shí)函數(shù)，那么處理事務(wù)2必須等待延時(shí)時(shí)間到來(lái)才可以執(zhí)行相應(yīng)的代碼。
例如下面的動(dòng)畫(huà)顯示：
所有的事務(wù)都是順序的執(zhí)行的。
2.前后臺(tái)系統(tǒng)
這種系統(tǒng)可稱為前后臺(tái)系統(tǒng)或超循環(huán)系統(tǒng)(Super-Loops)。應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成后臺(tái)行為(background)。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成前臺(tái)行為(foreground)。后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。前臺(tái)也叫中斷級(jí)。
前后臺(tái)系統(tǒng)在輪詢系統(tǒng)中，增加了中斷 機(jī)制。中斷機(jī)制可以打斷 MCU目前正在執(zhí)行的程序，而執(zhí)行另外一段程序，這段程序稱為中斷程序，當(dāng)中斷程序執(zhí)行完成，再回到原先位置，如以下源碼所示：
int main(void)
{
while(1)
{
事務(wù)1;
事務(wù)2;
事務(wù)3;
......
}
return0;
}
//中斷服務(wù)函數(shù)
void interrupt_event(void)
{
事務(wù)4; //語(yǔ)句4
return0;
}
前后臺(tái)系統(tǒng)與輪詢系統(tǒng)相比，其中一個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)響應(yīng)外部輸入、中斷是可以嵌套的，即是當(dāng)發(fā)生一個(gè)中斷時(shí)，MCU開(kāi)始執(zhí)行中斷相關(guān)代碼，此時(shí)一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高的中斷發(fā)生，MCU將轉(zhuǎn)向執(zhí)行另一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的中斷。
例如下面的動(dòng)畫(huà)顯示：
二.RTOS操作系統(tǒng)
1.時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度
時(shí)間片輪詢法實(shí)際上通常出現(xiàn)在操作系統(tǒng)中，也就是說(shuō)它屬于操作系統(tǒng)，每個(gè)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱作它的時(shí)間片，即該進(jìn)程允許運(yùn)行的時(shí)間。如果在時(shí)間片結(jié)束時(shí)進(jìn)程還在運(yùn)行，則CPU將被剝奪并分配給另一個(gè)進(jìn)程。如以下源碼所示：
注意：任務(wù)是有優(yōu)先級(jí)的，同等優(yōu)先級(jí)下的任務(wù)才可以使用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。
void task1(void)
{
while(1)
{
事務(wù)1;
}
}
void task2(void)
{
while(1)
{
事務(wù)2;
}
}
例如下面的動(dòng)畫(huà)顯示：
2.搶占式系統(tǒng)
RTOS的內(nèi)核負(fù)責(zé)管理所有的任務(wù)，內(nèi)核決定了運(yùn)行哪個(gè)任務(wù)，何時(shí)停止當(dāng)前任務(wù)切換到其他任務(wù)，這個(gè)是內(nèi)核的多任務(wù)管理能力。多任務(wù)管理給人的感覺(jué)就好像芯片有多個(gè)CPU，多任務(wù)管理實(shí)現(xiàn)了CPU資源的最大化利用，多任務(wù)管理有助于實(shí)現(xiàn)程序的模塊化開(kāi)發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用。中斷能打斷所有任務(wù)。
三.如何選擇合適的程序架構(gòu)
對(duì)于上述講解的程序架構(gòu)，我們?cè)撊绾芜x擇呢，首先根據(jù)自己的項(xiàng)目以及MCU兩個(gè)方面考慮。
項(xiàng)目選擇分析：我們的產(chǎn)品是否要求實(shí)時(shí)性非常好的產(chǎn)品，如果實(shí)時(shí)性非常好的產(chǎn)品，小編建議使用RTOS作為實(shí)時(shí)系統(tǒng)例如UCOSIII、FreeRTOS等操作系統(tǒng)，如果我們單單制作功能特別少的，例如汽車的智能鑰匙，就是負(fù)責(zé)汽車的開(kāi)鎖，關(guān)閉等特別少的功能，比較適合選擇前后臺(tái)系統(tǒng)，
如果我們的項(xiàng)目是關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的，小編建議使用RT-Thread以及OneOS等相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，因?yàn)樵摬僮飨到y(tǒng)不需要我們編寫相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及移植網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，直接調(diào)用相關(guān)API函數(shù)即可。
MCU選擇分析：首先我們選擇的主控芯片有關(guān)，如果我們選擇一款flash以及SRAM非常小型的MCU，那么移植RTOS可能比較吃力了，目前FreeRTOS操作系統(tǒng)最低需要3k到5k內(nèi)存。
