单片机多任务框架设计

单片机应用广泛，内部资源搭配丰富。虽然丰俭由人，但是在单片机选型的时候，我们往往会选择性价比相对较高的。选定了单片机，程序设计工作量也不小。如何方便快捷的移植、开发调试以及维护，可以实现是程序设计人员追求的缩短设计周期的目标。

1   框架分析

跑系统的单片机可以更有效支持多任务，完成更加复杂的任务，但需要更大的存储空间用于系统程序和用户程序；裸跑的单片机只能进行单任务，对存储空间需求较低。在这里主要研究一种多任务程序框架设计，让裸奔的单片机跑出操作系统的感觉，单片机虽然是裸机奔跑，但是往往现实的需要决定了我们必须跑出操作系统的姿态——多任务程序。

系统实现多任务，最重要的特点是分时和消息传递与处理。引用一个网友的总结：stateMachine +timerTick + queue。

queue，在设计框架时需要设计一个消息队列贯穿整个系统，把这个队列机制做成通用模块，在不同的程序执行模块中调用。消息队列用于缓冲事件，事件不知道什么时候会到来，也不能保证来了就能迅速得到处理，使用消息队列，可以保证每个事件都能处理到。消息通常分为两种类型：①外部事件收集，然后存储到队列，如按键、IO 中断、时钟任务等硬件发出；②在任务处理过程中，一个任务触发新的任务，例如在蓝牙遥控器中，接收解析串口数据的任务中发出按键消息。timerTick，系统的时钟基准。用一个定时器来建立通用定时器任务，管理不同任务相关的多个定时器，在定时到达时，由定时器任务发出消息。

stateMachine，任务收到消息后，根据当前状态决定如何处理消息。

2   框架设计

我们以包含按键开关一个定时1 s 的LED 灯闪烁为例，示例包含框架的全部内容。

图1是程序流程图。

图1 程序流程

首先是消息队列、时钟任务、消息的定义：

其次是从顶层主程序设计开始，再到各功能模块的设计：

1）顶层主程序设计，系统开始进行硬件初始化、任务初始化、时钟初始化；然后在1 个循环中不停地进行循环事件收集、时间事件收集和处理、消息队列时间处理。

2）在时钟基准的设置上，建立1 个1 ms 的定时器，在定时器中断里判断开启的定时任务是否发生，满足条件设置定时标志，同时关闭此项定时任务。

3）循环事件收集：在循环中判断是否有按键按下，如有按键按下，发送按键消息。

4）时间事件收集：判断定时服务里设置的定时标志做相关的时间事件处理。

5）消息队列处理：判断消息队列是否为空，当不为空时进行消息处理。

3   任务添加

如何根据实际应用的需要在主体结构中加入新的任务，如下以串口通信为例。

1）添加消息定义：在消息定义enumEventList 里面加入串口功能定义。

2）添加消息收集程序：在串口中断里接收数据，并把数据写到串口数据缓冲器，在循环事件收集里面进行串口数据分析，根据收到的数据完整性和协议分析，发出串口功能的消息到消息队列。

3）添加消息处理程序：在消息队列处理里面加入串口功能对应的处理功能。

4   结束语

整体看来我们的程序框架就成了通用的模板了，根据自己选定的MCU，选个定时器，再添加自己的事件收集、事件处理以及时间任务即可，非常灵活方便实用。

参考文献：

[1] 李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[2] LABROSSE J J.嵌入式实时操作系统μC/OS-II[M].邵贝贝,等,译.北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[3] 孙涵芳,徐爱卿.MCS-51/96系列单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,1988.

[4] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略.北京:电子工业出版社,2009.

[5] 徐爱钧.Keil C51单片机高级语言应用编程技术.北京:电子工业出版社,2015.

（本文来源于威廉希尔 官网app 杂志2021年10月期）