嵌入式软件开发常用的三种架构你知道吗？

　　摘要：对于单片机程序来说，大家都不陌生，但是真正使用架构，考虑架构的恐怕并不多，随着程序开发的不断增多，架构是非常必要的。
　　应用程序的架构大致有三种：
　　1、简单的前后台顺序执行程序，这类写法是大多数人使用的方法，不需用思考程序的具体架构，直接通过执行顺序编写应用程序即可。
　　2、时间片轮询法，此方法是介于顺序执行与操作系统之间的一种方法。
　　3、操作系统，此法应该是应用程序编写的最高境界。一、程序框架设计
　　1、前后台顺序执行法
　　这是初学者们常用的程序框架设计方案，不用考虑太多东西，代码简单，或者对系统的整体实时性和并发性要求不高；初始化后通过while（1）｛｝或for（；；）｛｝循环不断调用自己编写完成的函数，也基本不考虑每个函数执行所需要的时间，大部分情况下函数中或多或少都存在毫秒级别的延时等待。优点：对于初学者来说，这是最容易也是最直观的程序架构，逻辑简单明了，适用于逻辑简单，复杂度比较低的软件开发。缺点：实时性低，由于每个函数或多或少存在毫秒级别的延时，即使是1ms，也会造成其他函数间隔执行时间的不同，虽然可通过定时器中断的方式，但是前提是中断执行函数花的时间必须短。当程序逻辑复杂度提升时，会导致后来维护人员的大脑混乱，很难理清楚该程序的运行状态。
　　以下是在校期间做的寝室防盗系统的部分代码（当时也存在部分BUG，没有解决。现在再看，其实很多问题，而且比较严重，比如中断服务函数内竟然有3000ms延时，这太可怕了，还有串口发送等等；由于实时性要求不算太高，因此主函数中的毫秒级别延时对系统运行没有多大影响，当然除BUG外；若是后期需要维护，那就是一个大工程，还不如推翻重写）：intmain（void）｛u8u8delayinit（）；NVICPriorityGroupConfig（NVICPriorityGroup2）；I2cinit（）；uart2Init（9600）；uartinit（9600）；串口初始化为115200TIM3IntInit（4999，7199）；ds1302init（）；while（DHT11Init（））DHT11初始化｛led20；｝a1602init（）；Ds1302Init（）；EXTIXInit（）；GPIOXInit（）；lcd12864INIT（）；LcdInit（）；beepinit（）；REDInit（）；led11；beep0；while（1）｛for（a0；a11；a）｛num〔a3〕At24c02Read（a2）208；delayus（10）；｝for（a0；a6；a）｛shuru〔a〕At24c02Read（a13）208；delayus（10）；｝delayms（10）；REDScan（）；Ds1302ReadTime（）；读取ds1302的日期时间shiAt24c02Read（0）；读取闹钟保存的数据delayms（10）；fenAt24c02Read（1）；读取闹钟保存的数据usart2scan（）；蓝牙数据扫描usart2bian（）；蓝牙处理数据usart2gai（）；naoscan（）；k；if（k20）｛if（k1）LcdWriteCom（0x01）；清屏LcdDisplay（）；显示日期时间｝if（RED0）REDScan（）；if（k20k30）｛if（k20）LcdWriteCom（0x01）；清屏Lcddisplay（）；显示温湿度LcdWriteCom（0x806）；DHT11ReadData（temperature，humidity）；读取温湿度值THLcdWriteData（0temperature10）；LcdWriteData（0temperature10）；LcdWriteCom（0x800X406）；LcdWriteData（0humidity10）；LcdWriteData（0humidity10）；｝if（k30）k0；lcd12864（）；显示防盗闹钟状态｝｝定时器3中断服务程序voidTIM3IRQHandler（void）TIM3中断｛if（TIMGetITStatus（TIM3，TIMITUpdate）！RESET）检查TIM3更新中断发生与否｛TIMClearITPendingBit（TIM3，TIMITUpdate）；清除TIMx更新中断标志if（key11FENfen0SHIshi0）时间一到闹钟响起｛f1；｝if（key10FENfen！0SHIshi！0）else｛f0；｝if（USARTRXBUF〔0〕RUSARTRXBUF〔1〕IUSARTRXBUF〔2〕NUSARTRXBUF〔3〕G）｛key01；for（i0；i17；i）｛USARTSendData（USART1，num〔i〕）；向串口1发送数据while（USARTGetFlagStatus（USART1，USARTFLAGTC）！SET）；等待发送结束USARTRXSTA0；｝delayms（3000）；for（i0；i3；i）｛USARTSendData（USART1，num1〔i〕）；向串口1发送数据while（USARTGetFlagStatus（USART1，USARTFLAGTC）！SET）；等待发送结束USARTRXSTA0；｝｝｝｝2、时间片论法
　　介于前后台顺序执行法和操作系统之间的一种程序架构设计方案。该设计方案需能帮助嵌入式软件开发者更上一层楼，在嵌入式软件开发过程中，若遇到以下几点，那么该设计方案可以说是最优选择，适用于程序较复杂的嵌入式系统；目前的需求设计需要完全没有必要上操作系统。任务函数无需时刻执行，存在间隔时间（比如按键，一般情况下，都需要软件防抖，初学者的做法通常是延时10ms左右再去判断，但10ms极大浪费了CPU的资源，在这段时间内CPU完全可以处理很多其他事情）实时性有一定的要求。
　　该设计方案需要使用一个定时器，一般情况下定时1ms即可（定时时间可随意定，但中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差），因此需要考虑到每个任务函数的执行时间，建议不能超过1ms（能通过程序优化缩短执行时间则最好优化，如果不能优化的，则必须保证该任务的执行周期必须远大于任务所执行的耗时时间），同时要求主循环或任务函数中不能存在毫秒级别的延时。
　　如何确定每个函数的任务周期呢？根据任务的耗时和效果决定、如按键扫描任务周期为10ms（为了提高响应），指示灯控制任务周期为100ms（通常情况下最高100ms的闪烁频率正好，特殊需求除外），LCDOLED显示周期为100ms（通过这种通过SPIIIC等接口的方式耗时大约在110ms，甚至更长，所以任务周期必须远大于耗时，同时为了满足人眼所能接受的刷屏效果，也不能太长，100ms的任务周期比较合适）等。
　　以下介绍两种不同的实现方案，分别针对无函数指针概念的朋友和想进一步学习的朋友。
　　1、无函数指针的设计方式brief主函数。paramNone。returnNone。intmain（void）｛SystemInit（）；while（1）｛if（TIM1msFlag）1ms｛CANCommTask（）；CAN发送接收通信任务TIM1msFlag0；｝if（TIM10msFlag）10ms｛KEYScanTask（）；按键扫描处理任务TIM10msFlag0；｝if（TIM20msFlag）20ms｛LOGICHandleTask（）；逻辑处理任务TIM20msFlag0；｝if（TIM100msFlag）100ms｛LEDCtrlTask（）；指示灯控制任务TIM100msFlag0；｝if（TIM500msFlag）500ms｛TIM500msFlag0；｝if（TIM1secFlag）1s｛WDogTask（）；喂狗任务TIM1secFlag0；｝｝｝brief定时器3中断服务函数。paramNone。returnNone。voidTIM3IRQHandler（void）｛if（TIMGetITStatus（TIM3，TIMITUpdate）SET）溢出中断｛sg1msTsg1msTic10？TIM1msFlag1：0；sg1msTic100？TIM10msFlag1：0；sg1msTic200？TIM20msFlag1：0；sg1msTic1000？TIM100msFlag1：0；sg1msTic5000？TIM500msFlag1：0；sg1msTic10000？（TIM1secFlag1，sg1msTic0）：0；｝TIMClearITPendingBit（TIM3，TIMITUpdate）；清除中断标志位｝
　　2、含函数指针的设计方式brief任务函数相关信息结构体定义。typedefstruct｛uint8mrunF！程序运行标记：0不运行，1运行uint16！计时器uint16mitvT！任务运行间隔时间void（mpTaskHook）（void）；！要运行的任务函数｝TASKInfoTdefineTASKSMAX5定义任务数目任务函数相关信息staticTASKInfoTypesgtTaskInfo〔TASKSMAX〕｛｛0，1，1，CANCommTask｝，CAN通信任务｛0，10，10，KEYScanTask｝，按键扫描任务｛0，20，20，LOGICHandleTask｝，逻辑处理任务｛0，100，100，LEDCtrlTask｝，指示灯控制任务｛0，1000，1000，WDogTask｝，喂狗任务｝；brief任务函数运行标志处理。note该函数由1ms定时器中断调用paramNone。returnNone。voidTASKRemarks（void）｛uint8i；for（i0；iTASKSMAX；i）｛if（sgtTaskInfo〔i〕。mtimer）｛sgtTaskInfo〔i〕。if（0sgtTaskInfo〔i〕。mtimer）｛sgtTaskInfo〔i〕。mtimersgtTaskInfo〔i〕。mitvTsgtTaskInfo〔i〕。mrunFlag1；｝｝｝｝brief任务函数运行处理。note该函数由主循环调用paramNone。returnNone。voidTASKProcess（void）｛uint8i；for（i0；iTASKSMAX；i）｛if（sgtTaskInfo〔i〕。mrunFlag）｛sgtTaskInfo〔i〕。mpTaskHook（）；运行任务sgtTaskInfo〔i〕。mrunFlag0；标志清0｝｝｝brief主函数。paramNone。returnNone。intmain（void）｛SystemInit（）；while（1）｛TASKProcess（）；｝｝brief定时器3中断服务函数。paramNone。returnNone。voidTIM3IRQHandler（void）｛if（TIMGetITStatus（TIM3，TIMITUpdate）SET）溢出中断｛TASKRemarks（）；｝TIMClearITPendingBit（TIM3，TIMITUpdate）；清除中断标志位｝三、操作系统
　　嵌入式操作系统EOS（EmbeddedOperatingSystem）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域，而对于单片机来说，比较常用的有UCOS、FreeRTOS、RTThreadNano和RTX等多种抢占式操作系统（其他如Linux等操作系统不适用于单片机）
　　操作系统和时间片论法，在任务执行方面来说，操作系统对每个任务的耗时没有过多的要求，需要通过设置每个任务的优先级，在高优先级的任务就绪时，会抢占低优先级的任务；操作系统相对复杂，因此这里没有详细介绍了。
　　关于如何选择合适的操作系统（uCOS、FreeRTOS、RTThread、RTX等RTOS的对比之特点：uCOS：网上资料丰富，非常适合学习，但是在产品上使用则需要收费。FreeRTOS：使用免费，因此很多产品都在用。RTThread：国产物联网操作系统，有着十分丰富的组件，也免费，资料：RTThread文档中心。RTX：为ARM和CortexM设备设计的免版税，确定性的实时操作系统。
　　借网上一张对比图：
　　四、总结
　　从上述的对比中可以看出，时间片轮询法的优势还是比较大的，它既有前后台顺序执行法的优点，也有操作系统的优点。结构清晰，简单，非常容易理解，所以这种是比较常用的单片机设计框架。