嵌入式C语言轻量级程序架构内核编写的方法

这篇文章主要介绍了嵌入式C语言轻量级程序架构内核编写的方法的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇嵌入式C语言轻量级程序架构内核编写的方法文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

1.了解程序架构概念和作用

在写单片机程序的时候往往会遇见下面的情况

• 产品功能需要很多不同的延时效果，又不能用delay死延时，比方说按键检测、led不同闪烁效果。

• 程序功能一多起来，整个脑子就混乱了，不知道这么整合起来。

• 不同功能区域的除了共享全局变量或数组以外不知道该怎么做。

实时操作系统rtos、ucos、linux系统，都是好的程序架构，它们就为开发者提供了系统实时性好、可靠性高、可移植性强等保障。工程师不需要研究复制的数据结构和算法，比如任务分配、任务调度、内存管理、消息机制等等，只需要学习使用系统就够了。

2.了解单片机常见的程序架构

• 传统顺序执行的程序架构

最多的时候，单片机程序都是使用while死循环，然后顺序执行各种函数，这种程序设计比较简单。

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

缺点就是只适合做小项目，程序大了以后逻辑一定会非常混乱，实时性，稳定性，移植性差。

• 实时操作系统

比如ucos、rtos，用户使用这些系统就只需要把系统移植好能跑起来就行。这种架构的优点就是它自身就是一个稳定性、实时性高的，有的甚至提供了图形gui和网络tcp/ip等强大的功能。

缺点就是占用内存资源比较严重，移植起来比较复杂，应用以后如果不去深耕，系统架构的工作原理出了问题就会无从下手。所以这种系统一般针对大型项目，对某些功能有需要，比如带屏幕的需要做大量界面的，或者带网络通信的。

• 轻量级的程序架构

这个程序架构的定位是能够应用在大多数的中低端单片机，占用单片机内存资源比较少，在1kb左右。

3.轻量级程序架构设计思想

主要分为两个部分：

• 程序架构系统内核

• 任务通讯

系统内核用于任务的统一分配管理。

任务通信就是不同模块间的通信，比如说硬件层和应用层的数据传递，这个就是通过回调函数来实现的。

本文的重点就是为了编写一个有任务分配、任务调度的系统内核代码。能满足移植性高，稳定性强，实时性好的特点。

4.程序架构内核代码的实现原理

内核代码主要是用来分配任务和任务调度的，任务就是各功能模块轮询的处理函数。分配任务就是创建任务，把各功能模块处理函数加入到任务管理列表里。

任务调度就是定时唤醒和休眠任务列表里的任务。

这里的唤醒就是调用，休眠就是把任务挂起，不让它执行。

程序架构的系统内核工作流程：

任务初始化：包括硬件的初始化，如gpio的配置，定时器初始化，串口初始化等等。然后任务的创建和任务执行函数的初始化。

任务调度：即我们传统的while（1）循环里面轮询的函数，只是我们为每一个任务提供不一样的时间节拍，还可以让任意一个任务进入休眠。

5.掌握轻量级程序架构内核编写

系统内核说白了就是写一个任务的管理程序，通过这个程序可以更加灵活控制整个程序的允许状态，特别是需要做低功耗的产品来说。

系统内核主要完成以下工作：

• 任务创建        

• 任务调度

• 任务挂起

• 任务休眠

优点：

• 可以为每个任务提供不同时钟节拍。

• 可以灵活控制每个任务的执行状态。

• 实时性更高

• 程序流程更加清晰

• 更适合做低功耗

OS_System.c代码和OS_System.h代码

#include "OS_System.h" volatile OS_TaskTypeDef OS_Task[OS_TASK_SUM]; CPUInterrupt_CallBack_t CPUInterrupptCtrlCBS;  void OS_CPUInterruptCBSRegister(CPUInterrupt_CallBack_t pCPUInterruptCtrlCBS){    if(CPUInterrupptCtrlCBS == 0)    {        CPUInterrupptCtrlCBS = pCPUInterruptCtrlCBS;    }} 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;    }    }  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;    }}  void OS_ClockInterruptHandle(void){    unsigned char i;    for(i=0; i<OS_TASK_SUM; i++)    //这个循环是对所有的任务执行一次以下操作。    {        if(OS_Task[i].task)    //通过task函数指针指向不等于0来判断任务是否被创建        {                                OS_Task[i].RunTimer++;            if(OS_Task[i].RunTimer > OS_Task[i].RunPeriod)    //判断计时器值是否到达任务需要执行的时间            {                OS_Task[i].RunTimer = 0;                OS_Task[i].RunFlag = OS_RUN;//把任务的状态设置成执行，任务调度函数会一直判断这个变量的值，如果是OS_RUN就会执行task指向的函数。            }                    }    }    } 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))();                }        }        }} void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID){        unsigned char IptStatus;    if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)    {        CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_ENTER_CRITICAL,&IptStatus);//在这里关闭单片机总中断    }    OS_Task[taskID].RunFlag = OS_RUN;        if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)    {        CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_EXIT_CRITICAL,&IptStatus);//在这里开启单片机总中断    }} void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID){    unsigned char IptStatus;    if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)    {        CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_ENTER_CRITICAL,&IptStatus);//在这里关闭单片机总中断    }    OS_Task[taskID].RunFlag = OS_SLEEP;    if(CPUInterrupptCtrlCBS != 0)    {        CPUInterrupptCtrlCBS(CPU_EXIT_CRITICAL,&IptStatus);//在这里开启单片机总中断    }}

 typedef enum{    CPU_ENTER_CRITICAL,        //CPU进入临界    CPU_EXIT_CRITICAL,        //CPU退出临界}CPU_EA_TYPEDEF; //定义一个CPU中断控制回调函数指针,别名CPUInterrupt_CallBack_t,typedef void (*CPUInterrupt_CallBack_t)(CPU_EA_TYPEDEF cmd,unsigned char *pSta);  //系统任务IDtypedef enum{    OS_TASK1,    OS_TASK_SUM    }OS_TaskIDTypeDef;  //系统任务运行状态,暂时没用到typedef enum{    OS_SLEEP,            //任务休眠    OS_RUN=!OS_SLEEP    //任务运行}OS_TaskStatusTypeDef; //系统任务结构体typedef struct{    void (*task)(void);                    //任务函数指针    OS_TaskStatusTypeDef RunFlag;        //任务运行状态    unsigned short    RunPeriod;            //任务调度频率    unsigned short RunTimer;            //任务调度计时器}OS_TaskTypeDef;   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.掌握轻量级程序架构内核移植

了解ucos或者其他操作系统的朋友都知道，单片机想要跑这些实时操作系统，必须进行系统的移植，移植就是把单片机的硬件资源，比如说中断的打开和关闭，定时器，堆栈的处理等和ucos系统的内核关联起来，比如说我们这个内核文件需要关闭中断了，那么它是不知道你是用什么单片机，要怎么关闭单片机中断的，只要靠你来写一个关闭中断的函数，然后把这个函数地址赋值给它们的相关函数指针变量。同样的，我们这个系统内核也是需要用到单片机一些资源的，比如说10ms的定时时间，打开和关闭中断。所以我们单片机来实现这个过程就叫移植，那么我们这个内核移植非常简单，大家可以通过这个来理解一些操作系统的移植原理也会比较容易，移植的流程：

• 把OS_ClockInterruptHandle（）函数放到单片机定时器中断处理函数里，定时频率10ms

• 重写单片机总中断开关

• 通过OS_CPUInterruptCBSRegister（）函数把内核中断处理函数指针指向单片机总中断开关处理函数。

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