前言

前不久，我有位做測(cè)試的朋友轉(zhuǎn)去做開(kāi)發(fā)的工作，面試遇到了一個(gè)問(wèn)題，他沒(méi)明白，打電話問(wèn)了我。題目大概就是：

在單片機(jī)裸機(jī)開(kāi)發(fā)時(shí)，單片機(jī)要處理多個(gè)任務(wù)，此時(shí)你的程序框架是怎樣的呢？

這其實(shí)是個(gè)經(jīng)典面試問(wèn)題，我以前面試也被問(wèn)過(guò)。

答案一：輪詢系統(tǒng)

代碼結(jié)構(gòu)如：

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int?main(void) {init_something();while(1){do_something1();do_something2();do_something3();} }

這種結(jié)構(gòu)大概是我們初學(xué)單片機(jī)的時(shí)候的代碼結(jié)構(gòu)。在沒(méi)有外部事件驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以較好使用。

只答出了這種情況，印象分估計(jì)會(huì)比較低，多半涼涼。

答案二：前后臺(tái)系統(tǒng)

代碼結(jié)構(gòu)如（該代碼來(lái)自 《RT-Thread內(nèi)核實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐指南》 ）：

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int?flag1?=?0; int?flag2?=?0; int?flag3?=?0;int?main(void) {/*?硬件相關(guān)初始化?*/HardWareInit();/*?無(wú)限循環(huán)?*/for?(;;)?{if?(flag1)?{/*?處理事情?1?*/DoSomething1();}if?(flag2)?{/*?處理事情?2?*/DoSomethingg2();}if?(flag3)?{/*?處理事情?3?*/DoSomethingg3();}} }void?ISR1(void) {/*?置位標(biāo)志位?*/flag1?=?1;/*?如果事件處理時(shí)間很短，則在中斷里面處理如果事件處理時(shí)間比較長(zhǎng)，在回到后臺(tái)處理?*/DoSomething1(); }void?ISR2(void) {/*?置位標(biāo)志位?*/flag2?=?2;/*?如果事件處理時(shí)間很短，則在中斷里面處理如果事件處理時(shí)間比較長(zhǎng)，在回到后臺(tái)處理?*/DoSomething2(); }void?ISR3(void) {/*?置位標(biāo)志位?*/flag3?=?1;/*?如果事件處理時(shí)間很短，則在中斷里面處理如果事件處理時(shí)間比較長(zhǎng)，在回到后臺(tái)處理?*/DoSomething3(); }

此處，中斷稱為前臺(tái)，main中的while循環(huán)稱為后臺(tái)。相比于循環(huán)系統(tǒng)，這種方式相對(duì)可以提高外部事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

可以回答出這種情況，印象分大概一半以上，會(huì)再細(xì)問(wèn)。

答案三：升級(jí)版前后臺(tái)系統(tǒng)（軟件定時(shí)器法）

以前，學(xué)C語(yǔ)言時(shí)，常常聽(tīng)到有人說(shuō)：指針是C語(yǔ)言的靈魂，沒(méi)學(xué)會(huì)指針就是沒(méi)學(xué)會(huì)C語(yǔ)言。。

后來(lái)，學(xué)單片機(jī)時(shí)，又聽(tīng)到有人說(shuō)：中斷和定時(shí)器是單片機(jī)的靈魂，沒(méi)掌握中斷與定時(shí)器就沒(méi)學(xué)會(huì)單片機(jī)。。

大佬們都那么說(shuō)了，那就拿定時(shí)器來(lái)搞點(diǎn)事情。定時(shí)器渾身都是寶，本篇筆記我們來(lái)介紹使用定時(shí)器（系統(tǒng)滴答定時(shí)器或者其它定時(shí)器）來(lái)做的裸機(jī)框架。軟件定時(shí)器法也有另一種說(shuō)法：時(shí)間片輪詢法。

可以回答出這種情況，這場(chǎng)面試多半穩(wěn)了。

下面以STM32單片機(jī)為例看看這種方法的使用。

站在巨人的肩膀上

開(kāi)源項(xiàng)目—— MultiTimer ，項(xiàng)目倉(cāng)庫(kù)地址：

https://github.com/0x1abin/MultiTimer

1、MultiTimer 簡(jiǎn)介

MultiTimer 是一個(gè)軟件定時(shí)器擴(kuò)展模塊，可無(wú)限擴(kuò)展你所需的定時(shí)器任務(wù)，取代傳統(tǒng)的標(biāo)志位判斷方式， 更優(yōu)雅更便捷地管理程序的時(shí)間觸發(fā)時(shí)序。

2、MultiTimer 的demo

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#include?"multi_timer.h"struct?Timer?timer1; struct?Timer?timer2;void?timer1_callback() {printf("timer1?timeout!\r\n"); }void?timer2_callback() {printf("timer2?timeout!\r\n"); }int?main() {timer_init(&timer1,?timer1_callback,?1000,?1000);?//1s?looptimer_start(&timer1);timer_init(&timer2,?timer2_callback,?50,?0);?//50ms?delaytimer_start(&timer2);while(1)?{timer_loop();} }void?HAL_SYSTICK_Callback(void) {timer_ticks();?//1ms?ticks }

3、MultiTimer 的移植、剖析

想要對(duì)MultiTimer 進(jìn)行深入學(xué)習(xí)可閱讀項(xiàng)目源碼及如下這篇文章：

第6期 | MultiTimer，一款可無(wú)限擴(kuò)展的軟件定時(shí)器

自己動(dòng)手，豐衣足食

1、代碼模板

準(zhǔn)備一個(gè)定時(shí)器，可以是系統(tǒng)滴答定時(shí)器，也可以是TIM定時(shí)器，使用這個(gè)定時(shí)器拓展出多個(gè)軟件定時(shí)器。

比如我們系統(tǒng)中有三個(gè)任務(wù)：LED翻轉(zhuǎn)、溫度采集、溫度顯示。此時(shí)我們可以使用一個(gè)硬件定時(shí)器拓展出3個(gè)軟件定時(shí)器，定義如下宏定義：

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#define??MAX_TIMER????????????3????????????//?最大定時(shí)器個(gè)數(shù) EXT?volatile?unsigned?long????g_Timer1[MAX_TIMER];? #define??LedTimer?????????????g_Timer1[0]??//?LED翻轉(zhuǎn)定時(shí)器 #define??GetTemperatureTimer??g_Timer1[1]??//?溫度采集定時(shí)器 #define??SendToLcdTimer???????g_Timer1[2]??//?溫度顯示定時(shí)器#define??TIMER1_SEC????????(1)??????????????//?秒 #define??TIMER1_MIN????????(TIMER1_SEC*60)??//?分

在定時(shí)器初始化的時(shí)候也順便給三個(gè)軟件定時(shí)器進(jìn)行初始化操作：

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/******************************************************************************************************** **?函數(shù):?TIM1_Init,?通用定時(shí)器1初始化 **------------------------------------------------------------------------------------------------------ **?參數(shù): arr：自動(dòng)重裝值 psc：時(shí)鐘預(yù)分頻數(shù) **?說(shuō)明:?定時(shí)器溢出時(shí)間計(jì)算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft **?返回:?void? ********************************************************************************************************/ void?TIM1_Init(uint16_t?arr,?uint16_t?psc) {TIM_TimeBaseInitTypeDef??TIM_TimeBaseStructure;NVIC_InitTypeDef?NVIC_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,?ENABLE);?/*?定時(shí)器TIM1初始化?*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period?=?arr;?TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler?=psc;?TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision?=?TIM_CKD_DIV1;?TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode?=?TIM_CounterMode_Up;??TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;TIM_TimeBaseInit(TIM1,?&TIM_TimeBaseStructure);?TIM_ClearFlag(TIM1,TIM_FLAG_Update?);/*?中斷使能?*/TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update,?ENABLE?);?/*?中斷優(yōu)先級(jí)NVIC設(shè)置?*/NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel?=??TIM1_UP_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority?=?1;??NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority?=?0;??NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd?=?ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);??TIM_Cmd(TIM1,?ENABLE);??//?全局定時(shí)器初始化for(int?i?=?0;?i?<?MAX_TIMER;?i++){g_Timer1[i]?=?0;???} }

在定時(shí)器中斷中對(duì)這些軟件定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)值做遞減操作：

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/******************************************************************************************************** **?函數(shù):?TIM1_IRQHandler,??定時(shí)器1中斷服務(wù)程序 **------------------------------------------------------------------------------------------------------ **?參數(shù):?無(wú) **?返回:?無(wú)? ********************************************************************************************************/ void?TIM1_UP_IRQHandler(void)???//TIM1中斷 {uint8?i;if?(TIM_GetITStatus(TIM1,?TIM_IT_Update)?!=?RESET)??//?檢查T(mén)IM1更新中斷發(fā)生與否{//-------------------------------------------------------------------------------//?各種定時(shí)間器計(jì)時(shí)for?(i?=?0;?i?<?MAX_TIMER;?i++)?????//?定時(shí)時(shí)間遞減?????if(?g_Timer1[i]?)?g_Timer1[i]--?;TIM_ClearITPendingBit(TIM1,?TIM_IT_Update);?????//清除TIMx更新中斷標(biāo)志?} }?

我們?cè)诟鱾€(gè)定時(shí)任務(wù)中給這些軟件定時(shí)器賦予定時(shí)值，這些定時(shí)值遞減到0則該任務(wù)會(huì)被觸發(fā)執(zhí)行，比如：

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void?Task_Led(void) {//----------------------------------------------------------------//?等待定時(shí)時(shí)間if(LedTimer)?return;LedTimer?=?1?*?TIMER1_SEC;//----------------------------------------------------------------//?LED任務(wù)主體LedToggle(); }void?Task_GetTemperature(void) {//----------------------------------------------------------------//?等待定時(shí)時(shí)間if(LedTimer)?return;LedTimer?=?2?*?TIMER1_SEC;//----------------------------------------------------------------//?溫度采集任務(wù)主體GetTemperature(); }void?Task_SendToLcd(void) {//----------------------------------------------------------------//?等待定時(shí)時(shí)間if(LedTimer)?return;LedTimer?=?2?*?TIMER1_SEC;//----------------------------------------------------------------//?溫度顯示任務(wù)主體LcdDisplay(); }

如此一來(lái)，每過(guò)1、2、4秒則分別觸發(fā)LED翻轉(zhuǎn)任務(wù)、溫度采集任務(wù)、溫度顯示任務(wù)。

這里配置的最小定時(shí)單位為1秒，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置（定時(shí)器初始化），定時(shí)器初始化可以放在系統(tǒng)統(tǒng)一初始化函數(shù)里：

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/******************************************************************************************************** **?函數(shù):?SysInit,?系統(tǒng)上電初始化 **------------------------------------------------------------------------------------------------------ **?參數(shù):? **?說(shuō)明:? **?返回:? ********************************************************************************************************/ void?SysInit(void) {CpuInit();??????????????????//?配置系統(tǒng)信息函數(shù)SysTickInit();??????????????//?系統(tǒng)滴答定時(shí)器初始化函數(shù)UsartInit(115200);??????????//?串口初始化函數(shù)，波特率115200TIM1_Init(2000-1,?36000-1);?//?定時(shí)周期1sLedInit();??????????????????//?Led初始化TemperatureInit();??????????//?溫度傳感器初始化LcdInit();??????????????????//?LCD初始化 }

此時(shí)我們的main函數(shù)就可以設(shè)計(jì)為：

int?main(void) {//-----------------------------------------------------------------------------------------------?//?上電初始化函數(shù)SysInit();?//-----------------------------------------------------------------------------------------------?//?主程序while?(1){//-----------------------------------------------------------------------------------------------?//?定時(shí)任務(wù)Task_Led();Task_GetTemperature();?Task_SendToLcd();} }

主函數(shù)主要是進(jìn)行系統(tǒng)上電的一些初始化操作，接著是調(diào)用各定時(shí)任務(wù)函數(shù)。

本demo使用定時(shí)器1來(lái)擴(kuò)展出3個(gè)軟件定時(shí)器，如果TIM資源不夠用，可以換用系統(tǒng)滴答定時(shí)器來(lái)做。如：

其中，時(shí)間基數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

2、實(shí)踐（代入法）

套用以上模板，分享我的一個(gè)實(shí)例：

需要思考及注意的問(wèn)題是給每個(gè)任務(wù)的定時(shí)值設(shè)置多大合適？這也是一些朋友有疑問(wèn)的，這只能是自己對(duì)自己的任務(wù)做考慮，具體情況具體分析，給經(jīng)驗(yàn)值、調(diào)試調(diào)整。

就如同常常有人問(wèn)定義多大的數(shù)組合適？在使用RTOS時(shí)每個(gè)線程的線程棧大小設(shè)置多大合適、優(yōu)先級(jí)設(shè)置為多少合適？這些都是需要我們自己進(jìn)行思考的。

有模板/輪子套用是好事，但有些問(wèn)題不能單單依靠模板，否則有可能把自己給套進(jìn)去。

以上是以STM32為例的，其它單片機(jī)也是可以用這樣子的思想的，包括51單片機(jī)。

面對(duì)文首提到的面試問(wèn)題，若是可以提到使用軟件定時(shí)器來(lái)處理，進(jìn)一步能清楚地表達(dá)出來(lái)，再進(jìn)一步能寫(xiě)出一些偽代碼，那這場(chǎng)面試多半是穩(wěn)了。

不僅僅是為了面試，本文的方法是很經(jīng)典的，小編曾經(jīng)接觸的產(chǎn)品項(xiàng)目中就有用到，很實(shí)用，值得學(xué)習(xí)掌握。方法掌握多了，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候想用屠龍刀還是倚天劍根據(jù)實(shí)際情況選擇使用即可。

以上就是本次的分享，如有錯(cuò)誤，歡迎指出，謝謝。

-END-

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的工程师实战：单片机裸机程序框架是怎样炼成的？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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