前言
单片机开发中,我们往往首先接触裸机系统,然后到RTOS,那么它们的软件架构是什么?这是我们开发人员必须认真考虑的问题。在实际项目中,首先选择软件架构是非常重要的,接下来我们浅谈一下我们单片机开发中,有哪些程序架构。
一.裸机系统
1.轮询系统
轮询系统是 MCU中最简单的入门系统,它的程序结构是通常只需要一个While(1)或for(;;)死循环来实现:
int main(void)
{
while(1)
{
//事务1
//......
//事务n
}
return0;
}
这种程序架构就是不断循环,那么这种程序架构的缺点是非常的明显的—实时性差,因为我们的编写的代码都是顺序的执行,如果事务1和事务2之间有一个延时函数,那么处理事务2必须等待延时时间到来才可以执行相应的代码。
例如下面的动画显示:
所有的事务都是顺序的执行的。
2.前后台系统
这种系统可称为前后台系统或超循环系统(Super-Loops)。应用程序是一个无限的循环,循环中调用相应的函数完成相应的操作,这部分可以看成后台行为(background)。中断服务程序处理异步事件,这部分可以看成前台行为(foreground)。后台也可以叫做任务级。前台也叫中断级。
前后台系统在轮询系统中,增加了中断 机制。中断机制可以打断 MCU目前正在执行的程序,而执行另外一段程序,这段程序称为中断程序,当中断程序执行完成,再回到原先位置,如以下源码所示:
int main(void)
{
while(1)
{
事务1;
事务2;
事务3;
......
}
return0;
}
//中断服务函数
void interrupt_event(void)
{
事务4; //语句4
return0;
}
前后台系统与轮询系统相比,其中一个明显优点是可以实时响应外部输入、中断是可以嵌套的,即是当发生一个中断时,MCU开始执行中断相关代码,此时一个优先级更高的中断发生,MCU将转向执行另一个更高优先级的中断。
例如下面的动画显示:
二.RTOS操作系统
1.时间片轮转调度
时间片轮询法实际上通常出现在操作系统中,也就是说它属于操作系统,每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行,则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如以下源码所示:
注意:任务是有优先级的,同等优先级下的任务才可以使用时间片轮转调度。
void task1(void)
{
while(1)
{
事务1;
}
}
void task2(void)
{
while(1)
{
事务2;
}
}
例如下面的动画显示:
2.抢占式系统
RTOS的内核负责管理所有的任务,内核决定了运行哪个任务,何时停止当前任务切换到其他任务,这个是内核的多任务管理能力。多任务管理给人的感觉就好像芯片有多个CPU,多任务管理实现了CPU资源的最大化利用,多任务管理有助于实现程序的模块化开发,能够实现复杂的实时应用。中断能打断所有任务。
三.如何选择合适的程序架构
对于上述讲解的程序架构,我们该如何选择呢,首先根据自己的项目以及MCU两个方面考虑。
项目选择分析:我们的产品是否要求实时性非常好的产品,如果实时性非常好的产品,小编建议使用RTOS作为实时系统例如UCOSIII、FreeRTOS等操作系统,如果我们单单制作功能特别少的,例如汽车的智能钥匙,就是负责汽车的开锁,关闭等特别少的功能,比较适合选择前后台系统,
如果我们的项目是关于物联网领域的,小编建议使用RT-Thread以及OneOS等相关物联网操作系统,因为该操作系统不需要我们编写相关的设备驱动以及移植网络协议,直接调用相关API函数即可。
MCU选择分析:首先我们选择的主控芯片有关,如果我们选择一款flash以及SRAM非常小型的MCU,那么移植RTOS可能比较吃力了,目前FreeRTOS操作系统最低需要3k到5k内存。