中斷多任務(wù)+狀態(tài)機(jī) 單片機(jī)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以下是一個(gè)鍵盤掃描的例子，這里假設(shè)tick = 20 ms, ScanKeyboard()函數(shù)控制口線的輸出掃描，并檢測(cè)輸入轉(zhuǎn)換為鍵碼，利用每個(gè)state之間20 ms的間隔去抖動(dòng)。

enum EnumKey {

EnumKey_NoKey =0,

…

};

struct StructKey {

intkeyValue;

boolkeyPressed;

} ;

struct StructKeyProcess key;

void ProcessKey() { (*states[state])(); }

void state0() { }

void state1() { key.keyPressed = false; state++; }

void state2() { if (ScanKey() != EnumKey_NoKey) state++; }//next state if a key pressed

void state3()

{//debouncing state

key.keyValue = ScanKey();

if (key.keyValue == EnumKey_NoKey)

state--;

else {

key.keyPressed = true;

state++;

}

}

void state4() {if (ScanKey() == EnumKey_NoKey) state++; }//next state if the key released

void state5() {ScanKey() == EnumKey_NoKey? state = 1 : state--; }

上面的鍵盤處理過程顯然比通常使用標(biāo)志去抖的程序簡(jiǎn)潔清晰，而且沒有軟件延時(shí)去抖的困擾。以此類推，各個(gè)任務(wù)都可以劃分成一個(gè)個(gè)的state,每個(gè)state實(shí)際上占用不多的處理時(shí)間。某些任務(wù)可以劃分成若干個(gè)子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)再劃分成若干個(gè)狀態(tài)。

(題外話：對(duì)于常數(shù)類型，建議使用enum分類組織，避免使用大量#define定義常數(shù))

對(duì)于一些完全不能分割，必須獨(dú)占的任務(wù)來說，比如我以前一個(gè)低成本應(yīng)用中紅外遙控器的軟件解碼任務(wù)，這時(shí)只能犧牲其他的任務(wù)了。兩種做法：一種是關(guān)閉中斷，完全的獨(dú)占;

void RunTaskN()

{

Disable_Interrupt;

…

Enable_Interrupt;

}

第二種，允許定時(shí)中斷發(fā)生，保證某些時(shí)基register得以更新;

void Timer_Interrupt()

{

SetTimer();

Enable_Timer_Interrupt;

UpdateTimingRegisters();

if (watchDogCounter = 0) {

ResetStack();

for (i=0; i

(*tasks[i])();

while (1) IDLE；

}

else

watchDogCounter--;

}

只要watchDogCounter不為0，那么中斷正常返回到中斷點(diǎn)，繼續(xù)執(zhí)行先前被中斷的任務(wù)，否則，復(fù)位stack,重新進(jìn)行任務(wù)循環(huán)。這種狀況下，中斷處理過程極短，對(duì)獨(dú)占任務(wù)的影響也有限。

中斷驅(qū)動(dòng)多任務(wù)配合狀態(tài)機(jī)的使用，我相信這是mcu下無os系統(tǒng)較好的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。對(duì)于絕大多數(shù)mcu程序設(shè)計(jì)來說，可以極大的減輕程序結(jié)構(gòu)的安排，無需過多的考慮各個(gè)任務(wù)之間的時(shí)間安排，而且可以讓程序簡(jiǎn)潔易懂。缺點(diǎn)是，程序員必須花費(fèi)一定的時(shí)間考慮如何切分任務(wù)。

下面是一段用C改寫的CD Player中檢測(cè)disc是否存在的偽代碼，用以展示這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技巧，原源代碼為Z8 mcu匯編,基于Sony的DSP, Servo and RF處理芯片,通過送出命令字來控制主軸/滑板/聚焦/尋跡電機(jī)，并讀取狀態(tài)以及CD的sub Q碼。這個(gè)處理任務(wù)只是一個(gè)大任務(wù)下用state machine切開的一個(gè)二級(jí)子任務(wù)，tick = 20 ms。

state1() { InitializeMotor(); state++; }

state2() {

if (innerSwitch != ON) {

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorBackward);

timeout = MILLISECOND(10000)；

state++;//滑板電機(jī)向內(nèi)運(yùn)動(dòng),直至觸及最內(nèi)開關(guān)。

}

else

state +=2;

}

state3() {

if ((--timeout) == 0) {//note: some C compliers do not support (--timeout) ==

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop)

systemErrorCode = EnumErrorCode_InnerSwitch;

state = 0;// 10 s超時(shí)錯(cuò)誤，

}

else {

if (innerSwitch == ON) {

SendCommand(EnumCommand _SlidingMotorStop)

timeout = MILLISECOND(200);// 200ms電機(jī)停止時(shí)間

state++;

}

}

}

state4() { if ((--timeout) == 0) state++; }//等待電機(jī)完全停止

state5() {

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorForward);

timeout = MILLISECOND(2000)；

state++;

}//滑板電機(jī)向外運(yùn)動(dòng),脫離inner switch

state6() {

if ((--timeout) == 0) {

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop)

systemErrorCode = EnumErrorCode_InnerSwitch;

state = 0;// 2 s超時(shí)錯(cuò)誤，

}

else {

if (innerSwitch == OFF) {

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop)

timeout = MILLISECOND(200);// 200ms電機(jī)停止時(shí)間

state++;

}

}

}

state7() { state4(); }

state8() { LaserOn(); state++; retryCounter = 3;}//打開激光器

state9() {

SendCommand(FocusUp);

state++;

timeout = MILLISECOND(2000)；

}//光頭上舉，檢測(cè)聚焦過零3次，判斷cd是否存在

state10() {

if (FocusCrossZero){

systemStatus.Disc = EnumStatus_DiscExist;

SendCommand(EnumCommand_AutoFocusOn);//有cd,打開自動(dòng)聚焦。

state = 0;//本任務(wù)結(jié)束。

playProcess.state = 1;//啟動(dòng)play任務(wù)

}

else if ((--timeout) == 0) {

SendCommand(EnumCommand_ FocusClose);//光頭聚焦復(fù)位

if ((--retryCounter) == 0) {

systemStatus.Disc = EnumStatus_Nodisc;//無盤

displayProcess.state = EnumDisplayState_NoDisc;//顯示閃爍的無盤

LaserOff();

state = 0;//任務(wù)停止

}

else

state--;//再試

}

}

stateStop() {

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop);

SendCommand(EnumCommand_FocusClose);

state = 0;

}