嵌入式C语言轻量级程序架构内核编写
1.了解程序架构概念和作用
2.了解单片机常见的程序架构
3.轻量级程序架构设计思想
4.程序架构内核代码的实现原理
5.掌握轻量级程序架构内核编写
6.掌握轻量级程序架构内核移植
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
1、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。
2、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。
3、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。
1、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。
2、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。
3、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：
1、程序架构系统内核
2、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。
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：
1、任务创建
2、任务调度
3、任务挂起
4、任务休眠
优点：
1、可以为每个任务提供不同时钟节拍。
2、可以灵活控制每个任务的执行状态。
3、实时性更高
4、程序流程更加清晰
5、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;
/********************************************************************************************************
* @函数名 OS_CPUInterruptCBSRegister
* @描述 注册CPU中断控制函数
* @参数 pCPUInterruptCtrlCBS-CPU中断控制回调函数地址
* @返回值 无
* @注意 无
********************************************************************************************************/
void OS_CPUInterruptCBSRegister(CPUInterrupt_CallBack_t pCPUInterruptCtrlCBS)
{
if(CPUInterrupptCtrlCBS == 0)
{
CPUInterrupptCtrlCBS = pCPUInterruptCtrlCBS;
}
}
/********************************************************************************************************
* @函数名 OS_TaskInit
* @描述 系统任务初始化
* @参数 无
* @返回值 无
* @注意 无
********************************************************************************************************/
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;
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_CreatTask(unsigned char ID, void (*proc)(void), OS_TIME_TYPEDEF TimeDly, bool flag)
* Description : 创建任务
* Input : - ID：任务ID
* - (*proc)() 用户函数入口地址
* - TimeDly 任务执行频率，单位ms
* - flag 任务就绪状态 OS_SLEEP-休眠 OS_RUN-运行
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
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;
}
}
/********************************************************************************************************
* @函数名 OS_ClockInterruptHandle
* @描述 系统任务调度函数
* @参数 无
* @返回值 无
* @注意 为了保证任务实时性，这个必须放在10ms的定时器或系统时钟中断函数里
********************************************************************************************************/
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。
}
}
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_Start(void)
* Description : 开始任务
* Input : None
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
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))();
}
}
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_TaskGetUp(OS_TaskIDTypeDef taskID)
* Description : 唤醒一个任务
* Input : - taskID：需要被唤醒任务的ID
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
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
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : void OS_TaskSleep(OS_TaskIDTypeDef taskID)
* Description : 挂起一个任务，让一个任务进入睡眠状态，该函数暂时没用到
* Input : - taskID：需要被挂起任务的ID
* Output : None
* Return : None
* Attention : None
*******************************************************************************/
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ID
typedef 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;
/* 函数声明 */
/*******************************************************************************/
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：
1、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
2、重写单片机总中断开关
3、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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