嵌入式軟件開發常用的 3 種架構

作者：an520_

原文：https://blog.csdn.net/an520_/article/details/124877026

對於單片機程序來說，大家都不陌生，但是真正使用架構，考慮架構的恐怕並不多，隨着程序開發的不斷增多，架構是非常必要的。

一、時間片輪詢法

介於前後臺順序執行法和操作系統之間的一種程序架構設計方案。該設計方案需能幫助嵌入式軟件開發者更上一層樓，在嵌入式軟件開發過程中，若遇到以下幾點，那麼該設計方案可以說是最優選擇，適用於程序較複雜的嵌入式系統；

目前的需求設計需要完全沒有必要上操作系統。

任務函數無需時刻執行，存在間隔時間 (比如按鍵，一般情況下，都需要軟件防抖，初學者的做法通常是延時 10ms 左右再去判斷，但 10ms 極大浪費了 CPU 的資源，在這段時間內 CPU 完全可以處理很多其他事情)

實時性有一定的要求。

該設計方案需要使用一個定時器，一般情況下定時 1ms 即可（定時時間可隨意定，但中斷過於頻繁效率就低，中斷太長，實時性差），因此需要考慮到每個任務函數的執行時間，建議不能超過 1ms（能通過程序優化縮短執行時間則最好優化，如果不能優化的，則必須保證該任務的執行週期必須遠大於任務所執行的耗時時間），同時要求主循環或任務函數中不能存在毫秒級別的延時。

以下介紹兩種不同的實現方案，分別針對無函數指針概念的朋友和想進一步學習的朋友。

1、無函數指針的設計方式

2、含函數指針的設計方式

二、操作系統

嵌入式操作系統 EOS(Embedded OperatingSystem) 是一種用途廣泛的系統軟件，過去它主要應用於工業控制和國防系統領域，而對於單片機來說，比較常用的有 UCOS、FreeRTOS、RT-Thread Nano 和 RTX 等多種搶佔式操作系統 (其他如 Linux 等操作系統不適用於單片機)

操作系統和 “時間片輪詢法”，在任務執行方面來說，操作系統對每個任務的耗時沒有過多的要求，需要通過設置每個任務的優先級，在高優先級的任務就緒時，會搶佔低優先級的任務；操作系統相對複雜，因此這裏沒有詳細介紹了。

關於如何選擇合適的操作系統 (uCOS、FreeRTOS、RTThread、RTX 等 RTOS 的對比之特點：

借網上一張對比圖：

三、前後臺順序執行法

這是初學者們常用的程序框架設計方案，不用考慮太多東西，代碼簡單，或者對系統的整體實時性和併發性要求不高；初始化後通過 while(1){} 或 for(;;){}` 循環不斷調用自己編寫完成的函數，也基本不考慮每個函數執行所需要的時間，大部分情況下函數中或多或少都存在毫秒級別的延時等待。

優點：對於初學者來說，這是最容易也是最直觀的程序架構，邏輯簡單明瞭，適用於邏輯簡單，複雜度比較低的軟件開發。

缺點：實時性低，由於每個函數或多或少存在毫秒級別的延時，即使是 1ms，也會造成其他函數間隔執行時間的不同，雖然可通過定時器中斷的方式，但是前提是中斷執行函數花的時間必須短。當程序邏輯複雜度提升時，會導致後來維護人員的大腦混亂，很難理清楚該程序的運行狀態。

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