原创 51单片机系统模块化编程的一些想法

51核类型单片机是目前应用较为广泛的一款MCU，编写单片机程序常常成为嵌入式软件开发软件入门级的训练。一般而言，51程序代码量少，考虑模块化程序相对较少。一种常规做法就是主程序采用while循环，再者通过中断中设置一些标志位；笔者在51单片机程序开发过程，发现公司的单片机程序更新很快，基本每个人都要修改一点，一段时间后原有代码想法都很难找到。还有一种是移植操作系统后，然后进行代码规范化，比如移植UCOS-ii等嵌入式操作系统，但是往往代码量增加很快，对存储容量本来就少的51单片机有较大的压力。电子园51单片机学习网r)U\/Wt6|:l0@

51模块化程序设计的最重要问题，笔者认为就是找到一种合理的程序结构，而且它能胜任实际的51单片机程序开发。考虑到文中前面提到的问题，笔者主要针对第一种主程序while循环结构进行修改。首先增加任务结构体定义，其中函数指针pFun指向实际的任务函数，nDelay表示延时时间，以ms为单位，以下涉及时间都一样的。而nRunme表示运行的次数，nPeriod表示运行的时间周期。电子园51单片机学习网.?!u ~-P~6XV

 …

struct _TASK_DEFINE

{ 

  void (code *pTask)(void);    //指向实际任务函数

  UINT16  nDelay;        // 延时时间电子园51单片机学习网l"KF,Q#I2o2Z3L e%w;S

  UBYTE8 nRunme;       // 运行次数

  UINT16  nPeriod;       // 运行周期

} S_TASK , *pS_TASK;电子园51单片机学习网[#E&g!J&c

 …

    系统中设定全局的任务列表变量S_TASK SCH_TASK_G[TASK_TOTAL_NUM];其中TASK_TOTAL_NUM为系统设定的任务最大数量。在进入while主循环前，需要添加相应的任务，采用函数SCH_ADD_TASK(…)，后面再详细阐述。系统的主循环采用遍历的方法，实现实际任务的运行。

 …

 while(1)

{电子园51单片机学习网/} [nk"r4w)a];B"F:V

    SCH_DISPATCH_TASK(); /*遍历实现任务切换*/电子园51单片机学习网J3\(F1XL:WO

    /*51系统进入空闲模式，定时中断能唤醒*/

    SCH_Goto_Sleep();  

}

…

SCH_DISPATCH_TASK遍历函数的主要实现代码如下，

…电子园51单片机学习网m NPo7z.E'dq

 UBYTE nIndex;

  for(nIndex=0; nIndex < TASK_TOTAL_NUM; nIndex++)

{

  if( (SCH_TASK_G+nIndex)-> nRunme > 0)

{电子园51单片机学习网!}V,TEM MW$@/V,V

   (*(SCH_TASK_G+nIndex)->pTask)(); //运行实际的任务

   (SCH_TASK_G+nIndex)-> nRunme--; //运行次数减1

 if((SCH_TASK_G+nIndex)-> nPeriod == 0) /*执行一次型任务后删除之*/电子园51单片机学习网!`O8G&q+y

{  SCH_DEL_TASK(nIndex); }

}

 …

定时器实现1ms定时中断，在中断中进行任务刷新（SCH_UPDATE_TASK函数），这也是实现系统结构关键一步。定时器可以采用定时Timer0，有的52型单片机也可以采用定时器Timer2，总之实现1ms时间的定时中断。电子园51单片机学习网X@pg?

 SCH_UPDATE_TASK()的主要实现代码如下

 …

 UBYTE8 nIndex;

 for(nIndex=0; nIndex < TASK_TOTAL_NUM; nIndex++)电子园51单片机学习网)e|:|kAi E#H/j

{电子园51单片机学习网,M"yr&EBP4?D

if( (SCH_TASK_G+nIndex)-> nDelay == 0)

{电子园51单片机学习网@"B V FJC,}!iL

       (SCH_TASK_G+nIndex)-> nRunme++; //运行次数加1电子园51单片机学习网D1e;k [!Fm o

/*获得实际的时间周期*/

if((SCH_TASK_G+nIndex)-> nPeriod > 0)

{

          (SCH_TASK_G+nIndex)-> nDelay = (SCH_TASK_G+nIndex)-> nPeriod;

}电子园51单片机学习网$vna^q

}电子园51单片机学习网|6tN`c2WF

else电子园51单片机学习网bl4s1[G#meu3G.f

{ (SCH_TASK_G+nIndex)-> nDelay--; }

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

 }

…

 在进行主程序while循环前，必须要添加相应的任务函数SCH_ADD_TASK，其主要的实现代码如下：

…电子园51单片机学习网@7g7B?dMU A

UBYTE8 SCH_ADD_TASK( void (code *pFun)(void),

const UINT16 tDelay,电子园51单片机学习网HW*{b y"L%Ni;j

const UINT16 tPeriod)电子园51单片机学习网G1?z!HH\

{

UBYTE8 nIndex;

nIndex=0;电子园51单片机学习网`xa$~ LJtm

while( (SCH_TASK_G+nIndex)-> pTask != NULL ) && (nIndex < TASK_TOTAL_NUM) )

{ nIndex ++ ; }电子园51单片机学习网Gj6@6q[ j9[3r.j3qu

if( nIndex == TASK_TOTAL_NUM)电子园51单片机学习网h+F6j|0@].H9N2u

{ return TASK_OVER_FLOW; }电子园51单片机学习网3H3oq0a`7ouA_

 /* 增加任务到列表中*/

 SCH_TASK_G[nIndex] ->pTask = pFun;

 SCH_TASK_G[nIndex]->nDelay = tDelay;电子园51单片机学习网.b,s[+AI-G*vC

 SCH_TASK_G[nIndex]->nRunme = 0;电子园51单片机学习网|sH"g0ry

SCH_TASK_G[nIndex]->nPeriod  = tPeriod;电子园51单片机学习网$I$n*L$^r6uh

return nIndex;电子园51单片机学习网6M8vOB6n-Z-Jy

}

…电子园51单片机学习网5Gp^D \;G#UF? f-p

      主体代码基本实现，51系统开发主要的工作就是增加一个任务函数，在实际的任务实现相应的功能，这样构成的单片机系统就比较好控制，维护代码也很简单。

当然还有就是任务函数的执行时间必须控制1ms以内，即是每1ms时间标度中要执行的任务时间不超过1ms。如果执行时间较长的任务，总有一些办法对其划分为较小的若干个小任务。

笔者在实际开发中也设想过一个问题，假定A任务每2ms执行一次，执行需要的时间为0.5ms；而B任务每4ms执行一次，执行所需的时间为0.5ms。如果两个任务运行在同一个时标（1ms）中，就可能导致运行单个时标运行任务超过1ms的限制；由于4ms的间隔也是2ms延时的整数倍关系，执行完全有可能。一种常见的解决方法是加大定时中断时间的时标，把1ms修改成2ms，但是同时系统的时间敏感度减少了。笔者想到一种方法，设置 两个任务结构体中延时nDelay不同，A任务延时初值0，而B任务延时初值为1；这样实际A任务执行时间标度为2*n,而B为4*m+1(n, m为正整数)，而2*n != 4*m+1(奇偶数)，从而使A与B任务永远不可能同时在一个时标（1ms）中执行。电子园51单片机学习网EO~0^ Iv

以上是在51单片机开发模块化设计的一些想法，在几个实际项目开发也得到较好的应用，当然可能还会有一些没有考虑的问题，欢迎各位提出更好的建议！

参考文章及网站：

1.      Keilc开发文档C51，A51电子园51单片机学习网z(P'g7YvQ6H

2.      基于时间触发系统的嵌入式系统模式设计Chaper9, Chapter 13, Michael J. Pont

   3. www.21ic.com的单片机论坛电子园51单片机学习网"Z j~uV1ny|*Nl3O0L