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嵌入式C語言輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核編寫

更新時間：2022年03月06日 10:08:38 投稿：hqx

這篇文章主要介紹了嵌入式C語言輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核編寫，文章將讓大家學到輕量級程序架構(gòu)的內(nèi)核實現(xiàn)原理、輕量級程序架構(gòu)的設(shè)計思想、了解單片機常用的程序架構(gòu)等更多C語言輕量級程序架構(gòu)相關(guān)內(nèi)容,需要的朋友可以參考一下

1.了解程序架構(gòu)概念和作用

在寫單片機程序的時候往往會遇見下面的情況

1、產(chǎn)品功能需要很多不同的延時效果，又不能用delay死延時，比方說按鍵檢測、led不同閃爍效果。
2、程序功能一多起來，整個腦子就混亂了，不知道這么整合起來。
3、不同功能區(qū)域的除了共享全局變量或數(shù)組以外不知道該怎么做。

實時操作系統(tǒng)rtos、ucos、linux系統(tǒng)，都是好的程序架構(gòu)，它們就為開發(fā)者提供了系統(tǒng)實時性好、可靠性高、可移植性強等保障。工程師不需要研究復制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，比如任務(wù)分配、任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、消息機制等等，只需要學習使用系統(tǒng)就夠了。

2.了解單片機常見的程序架構(gòu)

1、傳統(tǒng)順序執(zhí)行的程序架構(gòu)

最多的時候，單片機程序都是使用while死循環(huán)，然后順序執(zhí)行各種函數(shù)，這種程序設(shè)計比較簡單。

#include <stdio.h>
?
int main()
{
?? ?keys = KeyScan();
? ? while(1)
? ? {
?? ? ? ?if (keys ==1)
?? ? ? ?{
?? ??? ?//
?? ? ? ?}
? ? }
?
?
return 0;
}

缺點就是只適合做小項目，程序大了以后邏輯一定會非?；靵y，實時性，穩(wěn)定性，移植性差。

2、實時操作系統(tǒng)

比如ucos、rtos，用戶使用這些系統(tǒng)就只需要把系統(tǒng)移植好能跑起來就行。這種架構(gòu)的優(yōu)點就是它自身就是一個穩(wěn)定性、實時性高的，有的甚至提供了圖形gui和網(wǎng)絡(luò)tcp/ip等強大的功能。

缺點就是占用內(nèi)存資源比較嚴重，移植起來比較復雜，應用以后如果不去深耕，系統(tǒng)架構(gòu)的工作原理出了問題就會無從下手。所以這種系統(tǒng)一般針對大型項目，對某些功能有需要，比如帶屏幕的需要做大量界面的，或者帶網(wǎng)絡(luò)通信的。

3、輕量級的程序架構(gòu)

這個程序架構(gòu)的定位是能夠應用在大多數(shù)的中低端單片機，占用單片機內(nèi)存資源比較少，在1kb左右。

3.輕量級程序架構(gòu)設(shè)計思想

主要分為兩個部分：

1、程序架構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)核
2、任務(wù)通訊

系統(tǒng)內(nèi)核用于任務(wù)的統(tǒng)一分配管理。

任務(wù)通信就是不同模塊間的通信，比如說硬件層和應用層的數(shù)據(jù)傳遞，這個就是通過回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)的。

本文的重點就是為了編寫一個有任務(wù)分配、任務(wù)調(diào)度的系統(tǒng)內(nèi)核代碼。能滿足移植性高，穩(wěn)定性強，實時性好的特點。

4.程序架構(gòu)內(nèi)核代碼的實現(xiàn)原理

內(nèi)核代碼主要是用來分配任務(wù)和任務(wù)調(diào)度的，任務(wù)就是各功能模塊輪詢的處理函數(shù)。分配任務(wù)就是創(chuàng)建任務(wù)，把各功能模塊處理函數(shù)加入到任務(wù)管理列表里。

任務(wù)調(diào)度就是定時喚醒和休眠任務(wù)列表里的任務(wù)。

這里的喚醒就是調(diào)用，休眠就是把任務(wù)掛起，不讓它執(zhí)行。

程序架構(gòu)的系統(tǒng)內(nèi)核工作流程：

任務(wù)初始化：包括硬件的初始化，如gpio的配置，定時器初始化，串口初始化等等。然后任務(wù)的創(chuàng)建和任務(wù)執(zhí)行函數(shù)的初始化。

任務(wù)調(diào)度：即我們傳統(tǒng)的while（1）循環(huán)里面輪詢的函數(shù)，只是我們?yōu)槊恳粋€任務(wù)提供不一樣的時間節(jié)拍，還可以讓任意一個任務(wù)進入休眠。

5.掌握輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核編寫

系統(tǒng)內(nèi)核說白了就是寫一個任務(wù)的管理程序，通過這個程序可以更加靈活控制整個程序的允許狀態(tài)，特別是需要做低功耗的產(chǎn)品來說。

系統(tǒng)內(nèi)核主要完成以下工作：

1、任務(wù)創(chuàng)建
2、任務(wù)調(diào)度
3、任務(wù)掛起
4、任務(wù)休眠

優(yōu)點：

1、可以為每個任務(wù)提供不同時鐘節(jié)拍。
2、可以靈活控制每個任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)。
3、實時性更高
4、程序流程更加清晰
5、更適合做低功耗

OS_System.c代碼和OS_System.h代碼

#include "OS_System.h"
?
volatile OS_TaskTypeDef OS_Task[OS_TASK_SUM];
?
CPUInterrupt_CallBack_t CPUInterrupptCtrlCBS;
?
?
/********************************************************************************************************
* ?@函數(shù)名 ? OS_CPUInterruptCBSRegister?? ??? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
* ?@描述 ? ? 注冊CPU中斷控制函數(shù)?? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
* ?@參數(shù) ? ? pCPUInterruptCtrlCBS-CPU中斷控制回調(diào)函數(shù)地址
* ?@返回值 ? 無 ??
* ?@注意 ? ? 無
********************************************************************************************************/
void OS_CPUInterruptCBSRegister(CPUInterrupt_CallBack_t pCPUInterruptCtrlCBS)
{
?? ?if(CPUInterrupptCtrlCBS == 0)
?? ?{
?? ??? ?CPUInterrupptCtrlCBS = pCPUInterruptCtrlCBS;
?? ?}
}
?
/********************************************************************************************************
* ?@函數(shù)名 ? OS_TaskInit?? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
* ?@描述 ? ? 系統(tǒng)任務(wù)初始化?? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
* ?@參數(shù) ? ? 無
* ?@返回值 ? 無
* ?@注意 ? ? 無
********************************************************************************************************/
void OS_TaskInit(void)
{
?? ?unsigned char i;
?? ?for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++)
?? ?{
?? ??? ?OS_Task[i].task = 0;
?? ??? ?OS_Task[i].RunFlag = OS_SLEEP;
?? ??? ?OS_Task[i].RunPeriod = 0;
?? ??? ?OS_Task[i].RunTimer = 0;
?? ?}?? ?
}
?
?
/*******************************************************************************
* Function Name ?: void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), OS_TIME_TYPEDEF TimeDly, bool flag)
* Description ? ?: 創(chuàng)建任務(wù)?
* Input ? ? ? ? ?: - ID：任務(wù)ID
*?? ??? ??? ??? ??? ?- (*proc)() 用戶函數(shù)入口地址?
*?? ??? ??? ??? ??? ?- TimeDly 任務(wù)執(zhí)行頻率，單位ms
* ?? ??? ??? ??? ??? ?- flag 任務(wù)就緒狀態(tài) ?OS_SLEEP-休眠 OS_RUN-運行?
* Output ? ? ? ? : None
* Return ? ? ? ? : None
* Attention?? ??? ? : None
*******************************************************************************/
void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), unsigned short Period, OS_TaskStatusTypeDef flag)
{?? ?
?? ?if(!OS_Task[ID].task)
?? ?{
?? ??? ?OS_Task[ID].task = proc;
?? ??? ?OS_Task[ID].RunFlag = OS_SLEEP;
?? ??? ?OS_Task[ID].RunPeriod = Period;
?? ??? ?OS_Task[ID].RunTimer = 0;
?? ?}
}
?
?
/********************************************************************************************************
* ?@函數(shù)名 ? OS_ClockInterruptHandle?? ??? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
* ?@描述 ? ? 系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度函數(shù)?? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
* ?@參數(shù) ? ? 無
* ?@返回值 ? 無 ??
* ?@注意 ? ? 為了保證任務(wù)實時性，這個必須放在10ms的定時器或系統(tǒng)時鐘中斷函數(shù)里
********************************************************************************************************/
void OS_ClockInterruptHandle(void)
{
?? ?unsigned char i;
?? ?for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++)?? ?//這個循環(huán)是對所有的任務(wù)執(zhí)行一次以下操作。
?? ?{
?? ??? ?if(OS_Task[i].task)?? ?//通過task函數(shù)指針指向不等于0來判斷任務(wù)是否被創(chuàng)建
?? ??? ?{?? ??? ??? ??? ??? ?
?? ??? ??? ?OS_Task[i].RunTimer++;
?? ??? ??? ?if(OS_Task[i].RunTimer > OS_Task[i].RunPeriod)?? ?//判斷計時器值是否到達任務(wù)需要執(zhí)行的時間
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?OS_Task[i].RunTimer = 0;
?? ??? ??? ??? ?OS_Task[i].RunFlag = OS_RUN;//把任務(wù)的狀態(tài)設(shè)置成執(zhí)行，任務(wù)調(diào)度函數(shù)會一直判斷這個變量的值，如果是OS_RUN就會執(zhí)行task指向的函數(shù)。
?? ??? ??? ?}
?? ??? ??? ?
?? ??? ?}
?? ?}
?? ?
}
?
/*******************************************************************************
* Function Name ?: void OS_Start(void)
* Description ? ?: 開始任務(wù)?
* Input ? ? ? ? ?: None
* Output ? ? ? ? : None
* Return ? ? ? ? : None
* Attention?? ??? ? : None
*******************************************************************************/
void OS_Start(void)
{
?? ?unsigned char i;
?? ?while(1)
?? ?{
?? ??? ?for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++)
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?if(OS_Task[i].RunFlag == OS_RUN)
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?OS_Task[i].RunFlag = OS_SLEEP;
?? ??? ??
?? ??? ??? ??? ?(*(OS_Task[i].task))();?? ?
?? ??? ??? ?}
?? ??? ?}?? ?
?? ?}
}
?
/*******************************************************************************
* Function Name ?: void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID)
* Description ? ?: 喚醒一個任務(wù)
* Input ? ? ? ? ?: - taskID：需要被喚醒任務(wù)的ID
* Output ? ? ? ? : None
* Return ? ? ? ? : None
* Attention?? ??? ? : None
*******************************************************************************/
void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID)
{?? ?
?? ?unsigned char IptStatus;
?? ?if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
?? ?{
?? ??? ?CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_ENTER_CRITICAL,&IptStatus);//在這里關(guān)閉單片機總中斷
?? ?}
?? ?OS_Task[taskID].RunFlag = OS_RUN;?? ?
?? ?if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
?? ?{
?? ??? ?CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_EXIT_CRITICAL,&IptStatus);//在這里開啟單片機總中斷
?? ?}
}
?
/*******************************************************************************
* Function Name ?: void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID)
* Description ? ?: 掛起一個任務(wù)，讓一個任務(wù)進入睡眠狀態(tài)，該函數(shù)暫時沒用到
* Input ? ? ? ? ?: - taskID：需要被掛起任務(wù)的ID
* Output ? ? ? ? : None
* Return ? ? ? ? : None
* Attention?? ??? ? : None
*******************************************************************************/
void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID)
{
?? ?unsigned char IptStatus;
?? ?if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
?? ?{
?? ??? ?CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_ENTER_CRITICAL,&IptStatus);//在這里關(guān)閉單片機總中斷
?? ?}
?? ?OS_Task[taskID].RunFlag = OS_SLEEP;
?? ?if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)
?? ?{
?? ??? ?CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_EXIT_CRITICAL,&IptStatus);//在這里開啟單片機總中斷
?? ?}
}

?typedef enum
{
?? ?CPU_ENTER_CRITICAL,?? ??? ?//CPU進入臨界
?? ?CPU_EXIT_CRITICAL,?? ??? ?//CPU退出臨界
}CPU_EA_TYPEDEF;
?
//定義一個CPU中斷控制回調(diào)函數(shù)指針,別名CPUInterrupt_CallBack_t,
typedef void (*CPUInterrupt_CallBack_t)(CPU_EA_TYPEDEF cmd,unsigned char *pSta);
?
?
//系統(tǒng)任務(wù)ID
typedef enum
{
?? ?OS_TASK1,
?? ?OS_TASK_SUM?? ?
}OS_TaskIDTypeDef;
?
?
//系統(tǒng)任務(wù)運行狀態(tài),暫時沒用到
typedef enum
{
?? ?OS_SLEEP,?? ??? ??? ?//任務(wù)休眠
?? ?OS_RUN=!OS_SLEEP?? ?//任務(wù)運行
}OS_TaskStatusTypeDef;
?
//系統(tǒng)任務(wù)結(jié)構(gòu)體
typedef struct
{
?? ?void (*task)(void);?? ??? ??? ??? ??? ?//任務(wù)函數(shù)指針
?? ?OS_TaskStatusTypeDef RunFlag;?? ??? ?//任務(wù)運行狀態(tài)
?? ?unsigned short?? ?RunPeriod;?? ??? ??? ?//任務(wù)調(diào)度頻率
?? ?unsigned short RunTimer;?? ??? ??? ?//任務(wù)調(diào)度計時器
}OS_TaskTypeDef;
?
?
/*?? ?函數(shù)聲明 */?
/*******************************************************************************/
void OS_CPUInterruptCBSRegister(CPUInterrupt_CallBack_t pCPUInterruptCtrlCBS);
void OS_ClockInterruptHandle(void);
void OS_TaskInit(void);
void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), unsigned short TimeDly, OS_TaskStatusTypeDef flag);
void OS_Start(void);
void OS_ClockInterruptHandle(void);
void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID);?? ?
void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID);

6.掌握輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核移植

了解ucos或者其他操作系統(tǒng)的朋友都知道，單片機想要跑這些實時操作系統(tǒng)，必須進行系統(tǒng)的移植，移植就是把單片機的硬件資源，比如說中斷的打開和關(guān)閉，定時器，堆棧的處理等和ucos系統(tǒng)的內(nèi)核關(guān)聯(lián)起來，比如說我們這個內(nèi)核文件需要關(guān)閉中斷了，那么它是不知道你是用什么單片機，要怎么關(guān)閉單片機中斷的，只要靠你來寫一個關(guān)閉中斷的函數(shù)，然后把這個函數(shù)地址賦值給它們的相關(guān)函數(shù)指針變量。同樣的，我們這個系統(tǒng)內(nèi)核也是需要用到單片機一些資源的，比如說10ms的定時時間，打開和關(guān)閉中斷。所以我們單片機來實現(xiàn)這個過程就叫移植，那么我們這個內(nèi)核移植非常簡單，大家可以通過這個來理解一些操作系統(tǒng)的移植原理也會比較容易，移植的流程：

1、把OS_ClockInterruptHandle（）函數(shù)放到單片機定時器中斷處理函數(shù)里，定時頻率10ms
2、重寫單片機總中斷開關(guān)
3、通過OS_CPUInterruptCBSRegister（）函數(shù)把內(nèi)核中斷處理函數(shù)指針指向單片機總中斷開關(guān)處理函數(shù)。

到此這篇關(guān)于嵌入式C語言輕量級程序架構(gòu)內(nèi)核編寫的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言輕量級程序內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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