📄 [推荐]彭光红先生的《小容量单片机系统的c语言程序结构》文章[无线电技术论坛].mht
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<div style="height:24px;float:left;text-indent:10px;"><div style="float:left;">标题：</div>[推荐]彭光红先生的《小容量单片机系统的C语言程序结构》文章</div>
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<div style="height:200px;width:97%;padding-right:0px; overflow-x: hidden;font-size:9pt;line-height:normal;text-indent:24px;margin-top:10px;word-wrap : break-word ;word-break : break-all ;" onload="this.style.overflowX='auto';">这篇文章发表在《单片机与嵌入式系统应用》2005年第三期，我已经和彭先生联系上了！他会回答大家的问题的<br>
2002年初，笔者着手写一个IC卡预付费电表的工作程序，该电表使用Philips公司的8位51扩展型单片机87LPC764，要求实现很多功能，包括熄显示、负荷计算与控制、指示闪烁以及电表各种参数的查询等，总之，要使用时间的单元很多。笔者当时使用ASM51完成了这个程序的编写，完成后的程序量是2KB多一点。后来，由于种种原因，这个程序并没有真正使用，只是作了一些改动之后用在一个老化设备上进行计时与负荷计算。约一年后，笔者又重新改写了这些代码。 <br>
1 系统的改进 <br>
可以说，这个用ASM51实现的代码是没有什么组织性可言的，要什么功能就加入什么功能，弄得程序的结构非常松散，其实这也是导致笔者最终决定重新改写这些代码的原因。 <br>
大家知道，87LPC764有4KB的Flash ROM，而笔者的程序量只有2KB多点，因而第一个想法是改用C语言作为主要的开发语言，应该不至于导致代码空间不够用。其次，考虑到需要定时功能的模块(或称任务，以下统称任务)较多，有必要对这些任务进行有序的管理。笔者考虑使用时间片轮询方式，即给每个要求时间管理的任务以一个时间间隔，时间间隔一到，即运行其代码，达到合理使用系统定时器资源的目的。就51系统而言，一般至少一个定时器可用来进行时间片的轮询。基于以上的想法，构造了下述数据类型。 <br>
typedef unsigned char uInt8 <br>typedef struct { <br>void (*proc)(void); //处理程序 <br>uInt8 ms_count; //时间片大小 <br>} _op_; <br>数据结构定义好之后，接着就是实现代码，包括三部分，即初始化数据、时间片的刷新与时间到执行。 <br>初始化数据。 <br>#define proc_cnt 0x08 //定义过程或任务数量 <br>//任务栈初始化 <br>code _op_ Op[proc_cnt]={{ic_check，10}，{disp_loop，100}，\ <br>{calc_power，150}，{set_led，2}，…\ <br>}; <br>//设置时间片初始值 <br>data uInt8 time_val[proc_cnt]={10，100，150，2，…}; <br>时间片刷新。 <br>void time_int1(void) interrupt 3 <br>{ uInt8 cnt; <br>Time_Counter:=Time_Unit; <br>for(cnt=0;cnt<proc_cnt;cnt++) <br>{ time_val[cnt]--; <br>} <br>} <br>任务的执行。 <br>void main(void){ <br>uInt8 cnt; <br>init(); //程序初始化 <br>interrupt_on(); //打开中断 <br>do{ <br>for(cnt=0;cnt<proc_cnt;cnt++) <br>{ if(!time_val[cnt]) <br>{ time_val[cnt]=Op[cnt].ms_count; <br>Op[cnt].proc(); <br>} <br>} <br>}while(1); <br>} <br>
在上面的结构定义中，proc是不能带参数的，各任务之间的通信可以定义一个参数内存块，通过一种机制进行数据信息交互，如定义一个全局变量。对于小容量单片机系统而言，需要这样做的任务并不多，总任务量也不会太多，因而这种协调并不太难处理。 <br>
也许大家都有这样的认识，即一个实时系统中，差不多所有的具体任务都是有时间属性的，即使是不需要定时的过程或任务，也不见得要时时进行查询与刷新。如IC卡介质检测，保证每秒一次就足够了。因而，这些任务也可以列入到这个结构中来。 <br>
在以上的程序代码中，考虑到单片机系统的RAM限制，不能像一些实时OS那样将任务栈建立在RAM中。笔者将任务栈建立在代码空间，因而不能在程序运行时动态地加入任务，因此要求在程序编译时，任务栈已经确定。同时，定义一组计数值旗标time_val，记录程序运行时的时间量，并在一个定时器中断中对其进行刷新。改变时间片刷新中断过程语句Time_Counter:=Time_Unit;中的Time_Unit，可以改变系统时间片的刷新粒度，一般这个值由系统的最小时间度量值确定。 <br>
同时，由任务的执行流程可知，此种系统构造并没有改变其前/后台系统的性质，只是对后台逻辑操作序列进行了有效管理。同时，如果将任务执行流程进行一些更改，并保证时间片小的任务前置，如下述程序。 <br>do{ <br>for(cnt=0;cnt<proc_cnt;cnt++){ <br>if(!time_val[cnt]){ <br>time_val[cnt]=Op[cnt].ms_count; <br>Op[cnt].proc(); <br>break; //执行完成后，重新进行优先调度 <br>} <br>} <br>}while(1); <br>
则系统变为一个以执行频率为优先级的任务调度系统。当然，设置此种方式得非常小心，并要注意时间片的分配，如果时间片过小，则可能导致执行频率较低的任务难以被执行；而如果存在两个同样的时间片，则更加危险，可能导致第二个具有相同时间片的任务不被执行，因而，时间片的分配要合理，并保证其唯一性。 <br>
2 性能分析与任务拆分 <br>
以上两种任务管理方式，前一种按任务栈的顺序与时间片的大小依次进行调度，暂且称其为流水作业调度；而后一种，且称其为频率优先调度。两种方式各有优缺点。流水作业调度的各任务具有等同优先级，时间片一到即会被按序调用，时间片大小的次序与唯一性不作要求；缺点是可能导致时间片小的，即要求执行得较快的任务等待过长的时间。频率优先调度的各任务按其时间片的大小，即执行频率划分优先级，时间片小的任务，其执行频率高，总是具有较高的优先权，但时间片的分配得协调，否则可能会导致执行频率低的任务长时间等待。 <br>
要特别注意的是，两种方式都有可能导致一些任务长时间等待，时间片所设定的时间也因此不能作为精确时间的依据，根据系统的要求或需要，甚至要在任务执行过程中进行某些保护工作，如中断屏蔽等，因而在进行任务规划时要注意。如果一个任务较繁琐或可能要等待很长时间，则应当考虑任务的拆分，把一个较大的任务细化为较小的任务，把一个费时长的任务划分为多个费时小的任务，协同完成其功能。如在等待时间长的情况下，可附加一个定时任务，定时任务到则发送一个消息旗标，主过程没有检测到消息旗标就马上返回，否则继续执行。下面是示例代码，假定该任务将等待很长时间，现将其拆分为两个任务proc1与proc2协同完成原来的工作，proc1每100个时间单位执行一次，而proc2每200个时间单位执行一次。 <br>
//定义两个任务，并将其加入到任务栈中。 <br>code _op_ Op[proc_cnt]={…，{proc1，100}，{proc2，200}}; <br>data int time1_Seg; //定义一个全局旗标 <br>//任务实现 <br>void proc1(void){ <br>if (time1_Seg) <br>exit; <br>else <br>time1_Seg=const_Time1; //如果时间到了，则恢复初值并 <br>//接着执行下列代码。 <br>… //任务实际执行代码 <br>} <br>
void proc2(void){ <br>if(time1_Seg) <br>time1_Seg--; <br>} <br>
由上例可以看出，任务拆分后，几乎不占过多的CPU时间，使得任务的等待时间大减，让CPU有足够的时间进行任务管理与调度。同时也让程序的结构性与可读性大为加强。 <br>
结 语 <br>
基于上述思路与结构对IC卡电表工作程序进行全部改写后，系统的结构性能得到了很大改善。全部编写完成后，程序代码量约为3KB多一点，可见此种结构的程序构造并不会造成很大的系统开销(大部分开销是由于使用C的结果)，却使开发得到了简化。这只要将系统细分为一系列任务，然后加入到任务栈进行编译即可，很适合小容量单片机系统的开发，而笔者也在多个系统中成功地应用了此种结构。 <br><div align=right><font color=#000066>[此贴子已经被作者于2006-3-29 11:55:41编辑过]</font></div></div>
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<img src="cid:000901c7e561$80b12a52$_CDOSYS2.0" style="margin: 4px;" alt="ip地址已设置保密" /></div>2006-3-28 12:06:25</div>
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<div style="float:right;">第 <font color="red">2</font> 楼</div> <a href="mailto:penghnet@yeah.net"><img alt="点击这里发送电子邮件给POINTRTOS" border="0" src="cid:000701c7e561$80b12a52$_CDOSYS2.0" align="middle" /></a>
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<div style="float:right;">第 <font color="red">4</font> 楼</div> <a href="mailto:yjbin2899@163.com"><img alt="点击这里发送电子邮件给yjbin" border="0" src="cid:000701c7e561$80b12a52$_CDOSYS2.0" align="middle" /></a>
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//时间片刷新 中断定时器0<br>void time_int0(void) interrupt 1 using 2<br> { <br> uInt8 cnt;<br> <br> TH0 = (65536 - (Fosc / 12) / 500) / 256;<br> TL0 = (65536 - (Fosc / 12) / 500) % 256;<br> for(cnt=0;cnt<proc_cnt;cnt++) <br> { <br> time_val[cnt]--; <br> } <br> <br> }<br>
// 定时器1 时间刷新<br> void time_int1(void) interrupt 3 using 3<br> {<br> <br>
TH1 = (65536 - (Fosc / 12) / 500) / 256;<br> TL1 = (65536 - (Fosc / 12) / 500) % 256;<br> <br> }<br> //初始化<br> void init(void)<br>{<br> <br> //使用定时器1设置频率,频率为1000Hz 1MS <br> TMOD = 0x11;//16位<br> TH0 = (65536 - (Fosc / 12) / 1000) / 256;<br> TL0 = (65536 - (Fosc / 12) / 1000) % 256;<br> TR0 = 1; <br> //使用定时器1设置频率,频率为500Hz 2MS <br> TH1 = (65536 - (Fosc / 12) / 500) / 256;<br> TL1 = (65536 - (Fosc / 12) / 500) % 256;<br> TR1 = 1; <br> <br> <br> EA=1;//总中断开放<br> ET0=1;//允许T0益出。<br> ET1=1; <br>}<br>
<br>void main(void)<br> { <br> uInt8 cnt; <br> <br> <br> init(); //程序初始化 <br> <br> do{ <br> for(cnt=0;cnt<proc_cnt;cnt++) <br> { if(!time_val[cnt]) <br> { time_val[cnt]=Op[cnt].ms_count; <br> Op[cnt].proc(); <br> <br> } <br> }<br>
//PCON = PCON | 0x01; /* CPU进入休眠状态 */ <br> }while(1); <br> }<br> <br> void LedFash1()<br> {<br> LED1=!LED1;<br> <br> }<br> void LedFash2()<br> {<br> LED2=!LED2;<br> <br> }<br>下面是头文件：<br>#include<br>
#define uchar unsigned char <br>#define uint unsigned int<br>#define Fosc 11059200<br>
/***************主程序的函数声明*******************************/<br> void LedFash1();<br> void LedFash2();<br>/**********os的系列变量**************************/<br>typedef unsigned char uInt8; <br> typedef struct { <br> void (*proc)(void); //处理程序 <br> uInt8 ms_count; //时间片大小 <br> } _op_; <br> <br>#define proc_cnt 0x02 //定义过程或任务数量 <br>//任务栈初始化 <br>code _op_ Op[proc_cnt]={{LedFash1,500},{LedFash2,1000}};<br>//设置时间片初始值 <br>data uInt8 time_val[proc_cnt]={500,1000};<br>
/*************以下为程序的定义的变量等***************************/<br> <br>sbit LED1 = P1^0; /*定义指示灯1，2，3*/<br>sbit LED2 = P1^1;</div>
</div>
</div>
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