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精妙的单片机非阻塞延时程序设计

2016-7-9 15:12:22 1948

0 对于每个单片机爱好者及工程开发设计人员，在刚接触单片机的那最初的青葱岁月里，都有过点亮跑马灯的经历。从看到那一排排小灯按着我们的想法在跳动时激动心情。到随着经验越多，越来又会感觉到这个小灯是个好东西，尤其是在调试资源有限的环境中，有时会帮上大忙。但对于绝大多数人，我们在最最初让灯闪烁起来时大约都会用到阻塞延时实现，会像如下代码的样子： while(1) { LED =OFF; Delay_ms(500); LED = ON; Delay_ms(500); } 然后，在我们接触到定时器，我们会发现，原来用定时中断来处理会更好。比如我们可以500ms中断一次，让灯亮或灭，其余的时间系统还可以做非常之多的事情，效率一下提升了很多。这时我们就会慢慢意识到，第一种（阻塞延时）方法效率很低，让芯片在那儿空运行几百毫米，什么也不做，真是莫大的浪费，尤其在芯片频率较高，任务又很多时，这样做就像在平坦宽阔的高速公路上挖了一大坑，出现事故可想而知。但一个单片机中的定时器毕竟有限，如果我需要几十个或者更多不同时间的定时中断，每一个时间到都完成不同的处理动作，如何去做呢。一般我们会想到在一个定时中断函数中再定义static 变量继续定时，到了所需时间，做不同的动作。而这样又会导致在一个中断里做了很多不同的事情，会抢占主轮询更多时间，有时甚至喧宾夺主，并也不是很如的思维逻辑。那么有没有更好的方法来实现呢，答案是肯定的。下面介绍我在一个项目中偶遇，一个精妙设计的非阻塞定时延时软件的设计（此设计主要针对于无操作系统的裸机程序）。在上篇文章中有对systick的介绍，比如我要设置其10ms中断一次，如何实现呢？也很简单，只需调用 core_cm3.h文件中 SysTick_Config 函数，当系统时钟为72MHZ，则设置成如下即可 SysTick_Config（720000 ）; (递减计数720000次后中断一次) 。此时SysTick_Handler中断函数就会10ms进入一次；任务定时用软件是如何设计的呢？且先看其数据结构，这也是精妙所在之处，在此作自顶向下的介绍：其定义结构体类型如： typedef struct { uint8_t Tick10Msec; Char_Field Status; } Timer_Struct; 其中Char_Field 为一联合体，设计如下： typedef union { unsigned char byte; Timer_Bit field; } Char_Field 而它内部的Timer_Bit是一个可按位访问的结构体： typedef struct { unsigned char bit0: 1; unsigned char bit1: 1; unsigned char bit2: 1; unsigned char bit3: 1; unsigned char bit4: 1; unsigned char bit5: 1; unsigned char bit6: 1; unsigned char bit7: 1; } Timer_Bit 此联合体的这样设计的目的将在后面的代码中体现出来。如此结构体的设计就完成了。然后我们定义的一全局变量，Timer_Struct gTimer; 并在头文件中宏定义如下： #define bSystem10Msec gTimer.Status.field.bit0 #define bSystem50Msec gTimer.Status.field.bit1 #define bSystem100Msec gTimer.Status.field.bit2 #define bSystem1Sec gTimer.Status.field.bit3 #define bTemp10Msec gTimer.Status.field.bit4 #define bTemp50Msec gTimer.Status.field.bit5 #define bTemp100Msec gTimer.Status.field.bit6 #define bTemp1Sec gTimer.Status.field.bit 另外为了后面程序清晰，再定义一状态指示： typedef enum { TIMER_RESET = 0, TIMER_SET = 1, } TimerStatus; 至此，准备工作就完成了。下面我们就开始大显神通了！首先，10ms定时中断处理函数如，可以看出，每到达10ms 将把bTemp10Msec置1，每50ms 将把bTemp50Msec 置1，每100ms 将把bTemp100Msec 置1，每1s 将把bTemp1Sec 置1， void SysTick_Handler(void) { bTemp10Msec = TIMER_SET; ++gTimer.Tick10Msec; if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 5)) { bTemp50Msec = TIMER_SET; } if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 10)) { bTemp100Msec = TIMER_SET; } if (100 == gTimer.Tick10Msec) { gTimer.Tick10Msec = 0; bTemp1Sec = TIMER_SET; } } 而这又有什么用呢？这时，我们需在主轮询while(1)内最开始调用一个定时处理函数如下： void SysTimer _Process(void) { gTimer.Status.byte &= 0xF0; if (bTemp10Msec) { bSystem10Msec = TIMER_SET; } if (bTemp50Msec) { bSystem50Msec = TIMER_SET; } if (bTemp100Msec) { bSystem100Msec = TIMER_SET; } if (bTemp1Sec) { bSystem1Sec = TIMER_SET; } gTimer.Status.byte &= 0x0F; } 此函数开头与结尾两句 gTimer.Status.byte &= 0xF0; gTimer.Status.byte &= 0x0F 就分别巧妙的实现了bSystemXXX （低4位）和 bTempXXX（高4位）的清零工作，不用再等定时到达后还需手动把计数值清零。此处清零工作用到了联合体中的变量共用一个起始存储空间的特性。但要保证while(1)轮询时间要远小于10ms，否则将导致定时延时不准确。这样，在每轮询一次，就先把bSystemXXX ，再根据bTempXXX判断是否时间到达，并把对应的bSystemXXX 置1，而后面所有的任务就都可以通过bSystemXXX 来进行定时延时，在最后函数退出时，又会把bTempXXX清零，为下一次时间到达后查询判断作好了准备。说了这么多，举例说明一下如何应用： void Task_A_Processing(void) { if(TIMER_SET == bSystem50Msec){ //do something } } void Task_B_Processing(void) { if(TIMER_SET == bSystem100Msec){ //do something } } void Task_C_Processing(void) { static uint8_t ticks = 0; if(TIMER_SET == bSystem100Msec){ ticks ++ ; } if(5 == ticks){ ticks = 0; //do something } } void Task_D_Processing(void) { if(TIMER_SET == bSystem1Sec){ //do something } } 以上示例四个任务进程，在主轮询里可进行如下处理： int main(void) { while(1) { SysTimer _Process(); Task_A_Processing(); Task_B_Processing(); Task_C_Processing(); Task_D_Processing(); } } 这样，就可以轻松且清晰实现了多个任务，不同时间内处理不同事件。（但注意，每个任务处理中不要有阻塞延时，也不要处理过多的事情，以致处理时间较长。可设计成状态机来处理不同任务。） 1
2016-7-9 15:12:22　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 精妙的单片机非阻塞延时程序设计 2219 • 精妙的单片机非阻塞延时程序设计 2136 • 精妙的单片机非阻塞延时程序设计教学案例 1969 • 基于单片机的非阻塞式延时设计 3156 • 接触到的定时器设计中，非常精妙非阻塞延时程序 10471 • 单片机C 语言的精确延时程序设计 47 • 单片机程序设计 59 • 单片机程序设计 0 • 单片机教程五:单片机延时程序分析 1056 • 基于单片机的AD转换电路与程序设计 0