盘点那些常见的单片机编程框架！

什么是程序框架？

程序框架类似于文件大纲或模板，它提供了一种结构化的方式来编写程序。就像写文章一样，如果没有大纲或模板，编写程序可能会变得困难。程序框架为开发者提供了一个基础结构，使他们能够更快地开始编写代码。

为什么需要使用框架？

使用框架可以节省时间并减少错误。因为对于某一类型的程序，它们的代码结构和逻辑往往是相似的，同时也存在大量相似或相同的部分。通过将这些共同的部分提取出来形成一个固定的程序框架，我们可以在开发新的同类型程序时重用该框架。

这样一来，我们的开发效率就得到了提高。此外，由于该框架是公共的并得到了大家的使用和维护，使用它可以降低代码逻辑出错的可能性。

嵌入式系统的组成

嵌入式控制系统基本上由两种任务组成：普通任务和中断任务。

• 普通任务：这些任务对时间响应要求不高，它们通常是周期性执行的任务。
• 中断任务：这些任务对时间响应要求较高，必须立即处理。

常见的框架

以下是一些常见的框架类型：

1. 轮询无中断

在这种框架中，所有任务按顺序执行。为了减少系统的响应时间，有两种方法可以采取：

1. 在任务中避免使用需要等待的延时函数。
2. 当任务无法一次执行完时，将其分解为若干个小任务，每次执行一个小任务，直到整个任务完成。

上述两种方法可能会消耗内存。通常，局部变量可以解决的问题，现在可能需要使用静态变量或全局变量来处理。

优点：程序执行流程简单清晰；

缺点：对于系统修改功能非常不方便，同时如果任务数量增加的话会影响整个系统的响应时间，就会显得系统卡顿；

伪代码实现：

int main(void)
{
    while(1)
    {
        doSomething_1(); //任务1
        doSomething_2(); //任务2
        doSomething_3(); //任务3
        /*其他各种任务*/
    }
    return 0;
}

2、只有中断

说明：在“只有中断“的系统中，主函数main的循环中是不做任何操作的。

优点：可以实时响应异常的任务（事件）

缺点：中断资源有限，当任务过多时会响应不及时。

伪代码实现：

int main(void)
{
    while(1)
    {
        ;
    }
}
 
/*中断服务函数1*/
void ISR1_IRQHandler(void)
{
    doSomething_1();
}
 
/*中断服务函数2*/
void ISR2_IRQHandler(void)
{
    doSomething_2();
}

3、只有中断框架的变种

说明：采用状态机的机制来执行任务。中断函数中设置状态机的状态，而main函数主循环中根据不同的状态值执行不同的任务。这个其实不属于真正只有中断的形式。

int main(void)
{
    while(1)
    {
        if(flag_1)
        {
            doSomething_1();
        }
        if(flag_2)
        {
            doSomething_2();
        }
        if(flag_3)
        {
            doSomething_3();
        }
        /*其他各种任务*/
    }
    return 0;
}
 
/*********中断服务函数1************/
void ISR1_IRQHandler(void)
{
    flag_1 = ~flag_1;
}
 
/*********中断服务函数2************/
void ISR2_IRQHandler(void)
{
    flag_2 = ~flag_2;
}
 
/*********中断服务函数3************/
void ISR3_IRQHandler(void)
{
    flag_3 = ~flag_3;
}

4、轮询有中断

说明：将一些周期性的任务放置在main函数中的主循环中执行，

优点：合理的利用资源，将常规任务与紧急任务分开来了。

缺点：程序结构与逻辑比较复杂，在任务分配以及协作之间需要花费很大精力。

伪代码实现：

int main(void)
{
    while(1)
    {
        if(flag_1)
        {
            doSomething_1();
        }
        if(flag_2)
        {
            doSomething_2();
        }
        if(flag_3)
        {
            doSomething_3();
        }
        /*其他各种任务*/
    }
    return 0;
}
 
/*********定时器中断服务函数************/
void ISR1_IRQHandler(void)
{
    
}

5、轮询有中断——虚拟定时器

说明：利用不同的”虚拟定时器“的定时时间来调用不同任务，当定时器的定时时间到时则执行回调函数或者调用任务函数。

这对于一些周期性运行的任务是非常适合的，同时中断可以应对外界的突发事件。这样实时性也可以得到保障，但要注意不要使用等待式延时。一般虚拟定时器的时基为1ms

优点：任务的时间间隔可以相对精确的控制，同时由于中断使用整个系统的实时性也很不错。

缺点：任务的执行时间无法掌控，当定时任务执行时间过长时会影响到虚拟定时器的定时精度。

虚拟定时器实现代码：

 

https://codeload.github.com/0x1abin/MultiTimer/zip/master

6、非抢占式实时操作系统

说明：任务之间没有优先级之分，每个任务都是依次执行。但是任务的执行时间是由操作系统严格控制的。即使任务没有执行完，当时间片时间达到时任务便会被挂起。

优点：不用再处心积虑的减少任务中的延时，我们只需要将精力放置在业务逻辑上。

缺点：任务之间是平级的，这就会导致有些任务无法得到紧急处理。

伪代码实现：

 

https://blog.csdn.net/twx11213030422/article/details/104637273

7、抢占式实时操作系统

说明：每个任务之间是一个“死循环”同时任务都有一个优先级。高优先级的任务可以打断低优先级的任务，这个就类似于中断一样。所以整个系统的实时性就非常好，同时每个任务都还受时间片的控制也就是说它们的执行时间是可以预测的。它也支持中断可以响应紧急的事件。

优点：实时响应，工程师只需要将精力放置在业务逻辑的实现上

缺点：需要移植且对单片机硬件资源有一定要求。

常用的抢占式实时操作系统：Keil RTX、FreeRTOS、uCosII/III等等。

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