還在用延時函數(shù)嗎——那你就out了

　　就像每一個開始學習編程語言的人寫的第一個程序都是“Hello World!”一樣，幾乎每一個學習單片機的同學接觸到的第一個程序都是點燈程序，幾乎每一本介紹單片機學習的教材也都是從這樣一個程序開始，幾乎每一個工程師學習一類新的單片機時也是從這個程序開始的。如下圖所示，就是一個典型的單片機點燈程序的框架，LED以一秒為周期循環(huán)閃爍下去。還有很多以此程序拓展開來的，如流水燈，呼吸燈等等。

　　延時函數(shù)結(jié)構(gòu)簡單，條理清晰，這個程序作為單片機初學者或者初學一類單片機來說，無疑是非常好的，但在實際使用過程中使用這樣的程序框架，程序的執(zhí)行效率肯定不會很高，程序99%以上的時間都在忙著空轉(zhuǎn)。

　　那么，我們怎樣才能將這些無用功節(jié)省掉，把浪費掉的時候收回來做一些有益的事情呢?下面是筆者的一些思路。

　　一、前后臺程序

　　前后臺模式的程序是大家最常用到的，也是最簡單的嵌入式程序架構(gòu)。它分為前臺程序和后臺程序。應用程序采用一個無限循環(huán)，在循環(huán)中調(diào)用相應和函數(shù)，來完成相應的操作，這部分程序可看作是后臺行為。前臺程序通過中斷來實現(xiàn)，即中斷服務(wù)程序。一般情況下，后臺程序也叫任務(wù)級程序，前臺程序也叫事件處理級程序。

　　前后臺程序也可以與程序調(diào)度相結(jié)合，在程序運行時，后臺程序檢查每個任務(wù)是否具備運行條件，通過一定的調(diào)度算法來完成相應的操作。對于實時性要求特別嚴格的操作通常由中斷來完成，僅在中斷服務(wù)程序中標記事件的發(fā)生，不再做任何工作就退出中斷，經(jīng)過后臺程序的調(diào)度，轉(zhuǎn)由前臺程序完成事件的處理，這樣就不會造成在中斷服務(wù)程序中處理費時的事件而影響后續(xù)和其他中斷。

　　二、定時器和狀態(tài)機

　　狀態(tài)機是軟件領(lǐng)域中的一個重要概念，在嵌入式裸機編程中，狀態(tài)機的地位尤其重要。幾乎所有的嵌入式任務(wù)都可以被看做狀態(tài)機來處理。比如一個按鍵處理過程，可以看做一個狀態(tài)機，一個細小的擊鍵動作包含了：釋放、抖動、閉合、抖動和重新釋放等狀態(tài)，每個狀態(tài)對應不同的處理程序，狀態(tài)切換可以通過每隔一段時間(定時器)去檢查按鍵狀態(tài)來實現(xiàn)。每個狀態(tài)之間的時間間隔可以去處理其他任務(wù)，而不必采用延時函數(shù)函數(shù)來等待下一個狀態(tài)的到來。

　　三、合作式調(diào)度器

　　調(diào)度器，一方面可以看作一個簡單的操作系統(tǒng)，允許以周期性或(很少地)單次方式來調(diào)用任務(wù)。另一方面，從底層來看，調(diào)度器可以看作是一個由許多不同任務(wù)共享的定時器中斷服務(wù)程序，多個不同的任務(wù)，可以使用同一個調(diào)度器來調(diào)度完成。調(diào)度器主要分了兩大類：合作式調(diào)度器和搶占式調(diào)度器。

　　合作式調(diào)度器是一種單任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在任一時刻只有一個任務(wù)是活動的，直到這一任務(wù)運行完成之后，調(diào)度器控制調(diào)用下一個任務(wù)。在合作式調(diào)度器中，任務(wù)在特定的時刻被調(diào)度運行;當一個任務(wù)需要運行時，會被添加到等待隊列;當CPU空閑時，運行等待隊列中的下一個任務(wù);任務(wù)一旦被執(zhí)行，不被中斷，直到任務(wù)執(zhí)行完成;此后CPU交還調(diào)度器控制，去執(zhí)行下一個任務(wù)。

　　一、搶占式調(diào)度器

　　搶占式調(diào)度器是一種多任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們平常接觸到的商用嵌入式操作系統(tǒng)如UCOS等一般屬于搶占式調(diào)度系統(tǒng)。在搶占式調(diào)度器中，任務(wù)在特定的時刻被調(diào)度運行;當任務(wù)需要運行時，被添加到等待隊列中;等待的任務(wù)運行一段固定的時間，如果沒有完成，將被暫停并放回到等待隊列中，然后下一個等待任務(wù)將運行一段固定的時間。

　　這類調(diào)度器相對復雜，通常作為一個獨立的操作系統(tǒng)來處理，它可以對外部事件快速響應，可“并行地”處理多個不同任務(wù)。

　　本文簡單介紹了幾種不同的單片機程序框架，由于篇幅問題，不能一一詳細解釋，以后有機會將詳細解釋，并一一給出實例。