精妙的單片機(jī)非阻塞延時(shí)程序設(shè)計(jì)

對(duì)于每個(gè)單片機(jī)愛(ài)好者及工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員，在剛接觸單片機(jī)的那最初的青蔥歲月里，都有過(guò)點(diǎn)亮跑馬燈的經(jīng)歷。從看到那一排排小燈按著我們的想法在跳動(dòng)時(shí)激動(dòng)心情。到隨著經(jīng)驗(yàn)越多，越來(lái)又會(huì)感覺(jué)到這個(gè)小燈是個(gè)好東西，尤其是在調(diào)試資源有限的環(huán)境中，有時(shí)會(huì)幫上大忙。

但對(duì)于絕大多數(shù)人，我們?cè)谧钭畛踝専糸W爍起來(lái)時(shí)大約都會(huì)用到阻塞延時(shí)實(shí)現(xiàn)，會(huì)像如下代碼的樣子：

然后，在我們接觸到定時(shí)器，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)用定時(shí)中斷來(lái)處理會(huì)更好。比如我們可以500ms中斷一次，讓燈亮或滅，其余的時(shí)間系統(tǒng)還可以做非常之多的事情，效率一下提升了很多。

這時(shí)我們就會(huì)慢慢意識(shí)到，第一種(阻塞延時(shí))方法效率很低，讓芯片在那兒空運(yùn)行幾百毫米，什么也不做，真是莫大的浪費(fèi)，尤其在芯片頻率較高，任務(wù)又很多時(shí)，這樣做就像在平坦寬闊的高速公路上挖了一大坑，出現(xiàn)事故可想而知。

但一個(gè)單片機(jī)中的定時(shí)器畢竟有限，如果我需要幾十個(gè)或者更多不同時(shí)間的定時(shí)中斷，每一個(gè)時(shí)間到都完成不同的處理動(dòng)作，如何去做呢。一般我們會(huì)想到在一個(gè)定時(shí)中斷函數(shù)中再定義static 變量繼續(xù)定時(shí)，到了所需時(shí)間，做不同的動(dòng)作。而這樣又會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)中斷里做了很多不同的事情，會(huì)搶占主輪詢(xún)更多時(shí)間，有時(shí)甚至喧賓奪主，并也不是很如的思維邏輯。

那么有沒(méi)有更好的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)呢，答案是肯定的。下面介紹我在一個(gè)項(xiàng)目中偶遇，一個(gè)精妙設(shè)計(jì)的非阻塞定時(shí)延時(shí)軟件的設(shè)計(jì)(此設(shè)計(jì)主要針對(duì)于無(wú)操作系統(tǒng)的裸機(jī)程序)。

在上篇文章中有對(duì)systick的介紹，比如我要設(shè)置其10ms中斷一次，如何實(shí)現(xiàn)呢?

也很簡(jiǎn)單，只需調(diào)用core_cm3.h文件中 SysTick_Config函數(shù) ，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為72MHZ，則設(shè)置成如下即可SysTick_Config(720000); (遞減計(jì)數(shù)720000次后中斷一次) 。此時(shí)SysTick_Handler中斷函數(shù)就會(huì)10ms進(jìn)入一次;

任務(wù)定時(shí)用軟件是如何設(shè)計(jì)的呢 ?

且先看其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這也是精妙所在之處，在此作自頂向下的介紹：

其定義結(jié)構(gòu)體類(lèi)型如：

其中Char_Field 為一聯(lián)合體，設(shè)計(jì)如下：

而它內(nèi)部的Timer_Bit是一個(gè)可按位訪(fǎng)問(wèn)的結(jié)構(gòu)體：

此聯(lián)合體的這樣設(shè)計(jì)的目的將在后面的代碼中體現(xiàn)出來(lái)。

如此結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)就完成了。

然后我們定義的一全局變量，Timer_Struct gTimer;

并在頭文件中宏定義如下：

另外為了后面程序清晰，再定義一狀態(tài)指示：

至此，準(zhǔn)備工作就完成了。下面我們就開(kāi)始大顯神通了!

首先，10ms定時(shí)中斷處理函數(shù)如，可以看出，每到達(dá)10ms 將把bTemp10Msec置1，每50ms 將把bTemp50Msec置1，每100ms 將把bTemp100Msec置1，每1s 將把bTemp1Sec置1，

而這又有什么用呢 ?

這時(shí)，我們需在主輪詢(xún)while(1)內(nèi)最開(kāi)始調(diào)用一個(gè)定時(shí)處理函數(shù)如下：

此函數(shù)開(kāi)頭與結(jié)尾兩句：

就分別巧妙的實(shí)現(xiàn)了bSystemXXX (低4位) 和 bTempXXX(高4位)的清零工作，不用再等定時(shí)到達(dá)后還需手動(dòng)把計(jì)數(shù)值清零。此處清零工作用到了聯(lián)合體中的變量共用一個(gè)起始存儲(chǔ)空間的特性。

但要保證while(1)輪詢(xún)時(shí)間要遠(yuǎn)小于10ms，否則將導(dǎo)致定時(shí)延時(shí)不準(zhǔn)確。這樣，在每輪詢(xún)一次，就先把bSystemXXX ，再根據(jù)bTempXXX判斷是否時(shí)間到達(dá)，并把對(duì)應(yīng)的bSystemXXX 置1，而后面所有的任務(wù)就都可以通過(guò)bSystemXXX來(lái)進(jìn)行定時(shí)延時(shí)，在最后函數(shù)退出時(shí)，又會(huì)把bTempXXX清零，為下一次時(shí)間到達(dá)后查詢(xún)判斷作好了準(zhǔn)備。

說(shuō)了這么多，舉例說(shuō)明一下如何應(yīng)用：

以上示例四個(gè)任務(wù)進(jìn)程，

在主輪詢(xún)里可進(jìn)行如下處理：

這樣，就可以輕松且清晰實(shí)現(xiàn)了多個(gè)任務(wù)，不同時(shí)間內(nèi)處理不同事件。(但注意，每個(gè)任務(wù)處理中不要有阻塞延時(shí)，也不要處理過(guò)多的事情，以致處理時(shí)間較長(zhǎng)?？稍O(shè)計(jì)成狀態(tài)機(jī)來(lái)處理不同任務(wù)。)