精妙的單片機非阻塞延時程序設(shè)計

　　對于每個單片機愛好者及工程開發(fā)設(shè)計人員，在剛接觸單片機的那最初的青蔥歲月里，都有過點亮跑馬燈的經(jīng)歷。從看到那一排排小燈按著我們的想法在跳動時激動心情。到隨著經(jīng)驗越多，越來又會感覺到這個小燈是個好東西，尤其是在調(diào)試資源有限的環(huán)境中，有時會幫上大忙。

　　但對于絕大多數(shù)人，我們在最最初讓燈閃爍起來時大約都會用到阻塞延時實現(xiàn)，會像如下代碼的樣子： 

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

　　這時我們就會慢慢意識到，第一種(阻塞延時)方法效率很低，讓芯片在那兒空運行幾百毫米，什么也不做，真是莫大的浪費，尤其在芯片頻率較高，任務(wù)又很多時，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。

　　但一個單片機中的定時器畢竟有限，如果我需要幾十個或者更多不同時間的定時中斷，每一個時間到都完成不同的處理動作，如何去做呢。一般我們會想到在一個定時中斷函數(shù)中再定義static 變量繼續(xù)定時，到了所需時間，做不同的動作。而這樣又會導(dǎo)致在一個中斷里做了很多不同的事情，會搶占主輪詢更多時間，有時甚至喧賓奪主，并也不是很如的思維邏輯。

　　那么有沒有更好的方法來實現(xiàn)呢，答案是肯定的。下面介紹我在一個項目中偶遇，一個精妙設(shè)計的非阻塞定時延時軟件的設(shè)計(此設(shè)計主要針對于無操作系統(tǒng)的裸機程序)。

　　在上篇文章中有對systick的介紹，比如我要設(shè)置其10ms中斷一次，如何實現(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)時鐘為72MHZ，則設(shè)置成如下即可SysTick_Config(720000); (遞減計數(shù)720000次后中斷一次) 。此時SysTick_Handler中斷函數(shù)就會10ms進入一次;

　　任務(wù)定時用軟件是如何設(shè)計的呢 ?

　　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： 

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

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

　　此聯(lián)合體的這樣設(shè)計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。下面我們就開始大顯神通了!

　　首先，10ms定時中斷處理函數(shù)如，可以看出，每到達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，我們需在主輪詢while(1)內(nèi)最開始調(diào)用一個定時處理函數(shù)如下：

　　此函數(shù)開頭與結(jié)尾兩句： 

　　就分別巧妙的實現(xiàn)了bSystemXXX (低4位) 和 bTempXXX(高4位)的清零工作，不用再等定時到達后還需手動把計數(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起始存儲空間的特性。

　　但要保證while(1)輪詢時間要遠小于10ms，否則將導(dǎo)致定時延時不準(zhǔn)確。這樣，在每輪詢一次，就先把bSystemXXX ，再根據(jù)bTempXXX判斷是否時間到達，并把對應(yīng)的bSystemXXX 置1，而后面所有的任務(wù)就都可以通過bSystemXXX來進行定時延時，在最后函數(shù)退出時，又會把bTempXXX清零，為下一次時間到達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：

　　以上示例四個任務(wù)進程，

　　在主輪詢里可進行如下處理：

　　這樣，就可以輕松且清晰實現(xiàn)了多個任務(wù)，不同時間內(nèi)處理不同事件。(但注意，每個任務(wù)處理中不要有阻塞延時，也不要處理過多的事情，以致處理時間較長。可設(shè)計成狀態(tài)機來處理不同任務(wù)。)