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基于單片機(jī)的非阻塞式延時(shí)設(shè)計(jì)

我快閉嘴 ? 來源:玩轉(zhuǎn)單片機(jī)與嵌入式 ? 作者:玩轉(zhuǎn)單片機(jī)與嵌入 ? 2022-09-02 09:15 ? 次閱讀
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對(duì)于每個(gè)單片機(jī)愛好者及工程開發(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,越來又會(huì)感覺到這個(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。

一:阻塞式延時(shí)

但對(duì)于絕大多數(shù)人,我們?cè)谧钭畛踝専糸W爍起來時(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:
    while(1){LED=OFF;Delay_ms(500);LED=ON;Delay_ms(500);}
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。

二:定時(shí)器延時(shí)

然后,在我們接觸到定時(shí)器,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),原來用定時(shí)中斷來處理會(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。
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。

那么有沒有更好的方法來實(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)于無操作系統(tǒng)的裸機(jī)程序)。

三:非阻塞式延時(shí)設(shè)計(jì)

在之前的文章中有對(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)體類型如:

typedef struct{        uint8_t Tick10Msec;    Char_Field Status;} Timer_Struct;

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

typedefunion{    unsigned char byte;    Timer_Bit field;} Char_Field{

?而它內(nèi)部的Timer_Bit是一個(gè)可按位訪問的結(jié)構(gòu)體:

typedef struct{    unsigned char bit0: 1;    unsigned char bit1: 1;    unsigned char bit2: 1;    unsigned char bit3: 1;    unsigned char bit4: 1;    unsigned char bit5: 1;    unsigned char bit6: 1;    unsigned char bit7: 1;} Timer_Bit

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。

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:

#define bSystem10Msec        gTimer.Status.field.bit0#define bSystem50Msec        gTimer.Status.field.bit1#define bSystem100Msec       gTimer.Status.field.bit2#define bSystem1Sec          gTimer.Status.field.bit3#define bTemp10Msec          gTimer.Status.field.bit4#define bTemp50Msec          gTimer.Status.field.bit5#define bTemp100Msec         gTimer.Status.field.bit6#define bTemp1Sec            gTimer.Status.field.bit7

另外為了后面程序清晰,再定義一狀態(tài)指示:

typedef enum{    TIMER_RESET = 0,    TIMER_SET = 1,} TimerStatus;

至此,準(zhǔn)備工作就完成了。下面我們就開始大顯神通了!

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。

void SysTick_Handler(void){        bTemp10Msec = TIMER_SET;                ++gTimer.Tick10Msec;        if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 5))        {            bTemp50Msec = TIMER_SET;        }                if (0 == (gTimer.Tick10Msec % 10))        {            bTemp100Msec = TIMER_SET;        }                if (100 == gTimer.Tick10Msec)        {            gTimer.Tick10Msec = 0;            bTemp1Sec = TIMER_SET;        }}

而這又有什么用呢 ?

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

void SysTimer _Process(void){    gTimer.Status.byte &= 0xF0;        if (bTemp10Msec)    {        bSystem10Msec = TIMER_SET;    }        if (bTemp50Msec)    {        bSystem50Msec = TIMER_SET;    }        if (bTemp100Msec)    {        bSystem100Msec = TIMER_SET;    }        if (bTemp1Sec)    {        bSystem1Sec = TIMER_SET;    }        gTimer.Status.byte &= 0x0F;}

此函數(shù)開頭與結(jié)尾兩句:

gTimer.Status.byte &= 0xF0;gTimer.Status.byte &= 0x0F

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bSystemXXX來進(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)后查詢判斷作好了準(zhǔn)備。

說了這么多,舉例說明一下如何應(yīng)用:

void Task_A_Processing(void){    if(TIMER_SET == bSystem50Msec){        //do something    }}
void Task_B_Processing(void){    if(TIMER_SET == bSystem100Msec){        //do something    }}
void Task_C_Processing(void){    static uint8_t ticks = 0;    if(TIMER_SET == bSystem100Msec){       ticks ++ ;    }
    if(5 == ticks){        ticks = 0;         //do something    }
}
void Task_D_Processing(void){    if(TIMER_SET == bSystem1Sec){        //do something    }}

以上示例四個(gè)任務(wù)進(jìn)程,

在主輪詢里可進(jìn)行如下處理:

int main(void){    while(1)    {        SysTimer _Process();
        Task_A_Processing();        Task_B_Processing();        Task_C_Processing();Task_D_Processing();    }}

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),也不要處理過多的事情,以致處理時(shí)間較長。可設(shè)計(jì)成狀態(tài)機(jī)來處理不同任務(wù)。

審核編輯:湯梓紅


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原文標(biāo)題:【軟件】精妙的用STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)的非阻塞延時(shí)程序

文章出處:【微信號(hào):玩轉(zhuǎn)單片機(jī)與嵌入式,微信公眾號(hào):玩轉(zhuǎn)單片機(jī)與嵌入式】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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