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精妙的单片机非阻塞延时程序设计

2017-05-04 10:24:18

[导读] 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。

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:

 

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:

 

其中Char_Field 为一联合体,设计如下:

 

而它内部的Timer_Bit是一个可按位访问的结构体:

 

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:

 

另外为了后面程序清晰,再定义一状态指示:

 

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,

 

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:

 

此函数开头与结尾两句:

 

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:

 

以上示例四个任务进程,

在主轮询里可进行如下处理:

 

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。)

[整理编辑:中国测控网]
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