利用多線程思想實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的偽并行處理

1．開始后，主CPU發(fā)給從CPU1一個(gè)信號(hào)，從CPU啟動(dòng)對(duì)象M1進(jìn)行動(dòng)作17，并由從CPU向主CPU返回一個(gè)信號(hào)。主CPU收到信號(hào)后，置起標(biāo)志1。當(dāng)對(duì)象M1進(jìn)行完動(dòng)作17后，從CPU向主CPU發(fā)出信號(hào)，CPU將標(biāo)志1清掉。

2．開始后，主CPU發(fā)給從M2一個(gè)信號(hào)，從CPU啟動(dòng)對(duì)象M2。從CPU向主CPU不斷查詢標(biāo)志1。當(dāng)標(biāo)志1被清掉后，從//控制對(duì)象2執(zhí)行動(dòng)作23。

3．開始后，主CPU發(fā)給從CPU一個(gè)信號(hào)，從CPU啟動(dòng)對(duì)象M3和對(duì)象M4。執(zhí)行動(dòng)作25，然后開電磁閥6，然后延時(shí)1秒，關(guān)電磁閥6，執(zhí)行動(dòng)作24，然后執(zhí)行動(dòng)作26，等////1的動(dòng)作17完成后，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)20，執(zhí)行動(dòng)作25，等等。

如上所說(shuō), 主CPU設(shè)置了多個(gè)標(biāo)志位用以跟蹤各個(gè)線程的運(yùn)行情況。并用這些標(biāo)志位承擔(dān)了各個(gè)相關(guān)線程之間的通訊。凡是線程運(yùn)行到與其他線程相關(guān)的地方都會(huì)在主CPU 內(nèi)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位以供其它相關(guān)線程查詢。而那些不相關(guān)的線程可以完全獨(dú)立運(yùn)行。相關(guān)線程除了需檢測(cè)標(biāo)志的部分，其他部分也可獨(dú)立運(yùn)行。

這種多CPU控制的作法實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的并行運(yùn)作方式。但多CPU的控制方案成本幾乎是成倍提高，而且在硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的多CPU之間的通訊花費(fèi)時(shí)間稍長(zhǎng)。并且容易有干擾。

方案二(作者推薦): 另一種實(shí)現(xiàn)的方法是在軟件的層面上模擬多cpu的運(yùn)作。從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的偽并行處理.這種實(shí)現(xiàn)方法借鑒了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多線程的編程方法。

多線程編程編程思想,即：同時(shí)給CPU分配了幾個(gè)任務(wù)或線程。當(dāng)然計(jì)算機(jī) CPU實(shí)際上不可能同一時(shí)間做幾件事，而是把時(shí)間分到不同的線程，使每個(gè)線程都有點(diǎn)進(jìn)展。如果一個(gè)線程無(wú)法進(jìn)行，比如線程要求的鍵盤輸入尚未取得，則轉(zhuǎn)入另一個(gè)線程的工作。通常，CPU在線程間的切換非常迅速，使人們感覺(jué)好象所有的線程是同時(shí)進(jìn)行的。

多線程編程中有一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)：各個(gè)線程之間的通訊與控制問(wèn)題

在多線程編程中，每個(gè)線程都用編碼提供線程的行為，用數(shù)據(jù)供給編碼操作。多個(gè)線程同時(shí)處理同一編碼和數(shù)據(jù)，不同線程可能各有不同的編碼和數(shù)據(jù)。事實(shí)上，編碼和數(shù)據(jù)部分是相當(dāng)獨(dú)立的，需要時(shí)即可向線程提供。因此經(jīng)常是幾個(gè)線程使用同一段編碼和數(shù)據(jù)這就會(huì)出現(xiàn)下面的情況

當(dāng)一個(gè)線程在調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)，另一個(gè)線程可能正在修改這些數(shù)據(jù)。則前一個(gè)線程所調(diào)用的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了不確定性。這會(huì)影響整個(gè)運(yùn)行結(jié)果。為了避免這個(gè)問(wèn)題，多線程編程中，各個(gè)線程之間通訊和控制尤為重要。在將多線程的思想向單片機(jī)控制系統(tǒng)移植時(shí)，這點(diǎn)要非常注意。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/系統(tǒng)">系統(tǒng)多線程運(yùn)作的實(shí)現(xiàn)從其最基本的層面看仍然是單線程的操作；他的實(shí)現(xiàn)歸根結(jié)底是利用了計(jì)算機(jī)的高速度。它將系統(tǒng)運(yùn)行的基準(zhǔn)時(shí)間分成了許多時(shí)間片，將各個(gè)時(shí)間片分給不同的線程，如此一來(lái)在一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)各個(gè)線程全都向前行進(jìn)了一步，然后運(yùn)行下一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間，周而復(fù)始。這樣在用戶層的角度看來(lái)，各個(gè)線程是同步進(jìn)行的。只要速度夠塊，時(shí)間片的劃分不會(huì)影響用戶層面上的應(yīng)用，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多線程的操作。近年來(lái)單片機(jī)速度的大幅度提升，這就使多線程思想向單片機(jī)控制系統(tǒng)的移植成為可能。

在整個(gè)項(xiàng)目中全部的輸入信號(hào)共39個(gè)；同時(shí)并行查詢的對(duì)象最多時(shí)有61個(gè)系統(tǒng)要求以步進(jìn)電機(jī)最快的速度打拍。時(shí)間約40us---60us，為了保證步進(jìn)電機(jī)打拍的穩(wěn)定性和靈活性。我選用了DSP內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為打拍時(shí)間的1/3—1/5。設(shè)定為10us中斷。這個(gè)時(shí)間為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基準(zhǔn)時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)要查詢一遍所有對(duì)象并向相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)打拍。在一些線程中還需要采樣多次。換句話說(shuō)，在這個(gè)系統(tǒng)時(shí)間內(nèi)。所有線程都要向前行進(jìn)一步。

就像計(jì)算機(jī)一樣，將這個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間分為多個(gè)時(shí)間片。將各個(gè)時(shí)間片分給不同的線程，在這種情況下，各個(gè)線程的執(zhí)行是間斷的。這與用硬件模擬多線程有本質(zhì)的不同。像這樣既要應(yīng)用各線程執(zhí)行的間斷性，又要保證各線程運(yùn)行的連續(xù)性。這對(duì)軟件的設(shè)計(jì)有了很高的要求，這同時(shí)也是單片機(jī)控制系統(tǒng)用軟件模擬多線程方法中的難點(diǎn)之一,為了解決這個(gè)問(wèn)題，可在個(gè)線程自帶線程進(jìn)度指示器用來(lái)標(biāo)志線程的運(yùn)行進(jìn)度，即用一個(gè)變量記載線程的每一步；如圖2

圖2

系統(tǒng)設(shè)定線程進(jìn)度指示器用來(lái)指引線程的連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)在一個(gè)中斷中輪詢所有對(duì)象。其編程結(jié)構(gòu)大致如下：

時(shí)鐘中斷：
線程1:
線程進(jìn)度標(biāo)志：
1： ；
2： ；
3 ；

線程2：
線程進(jìn)度標(biāo)志：
1： ；
2： ；
。。。。。。。。

用軟件模擬多線程還有很多要注意的地方。