0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

嵌入式开发中常用的软件架构

我快闭嘴 来源:腾讯网 作者:玩转嵌入式 2021-01-01 10:16 次阅读

前言

嵌入式软件开发,包括单片机开发中,软件架构对于开发人员是一个必须认真考虑的问题。软件架构对于系统整体的稳定性和可靠性是非常重要的,一个合适的软件架构不仅结构清晰,并且便于开发。我相信在嵌入式单片机软件开发的初期大多数开发者采用的都是简单的前后台顺序执行架构(我就是这样的)。在嵌入式软件开发中,程序架构主要分为三种,本篇文章将对这三种程序架构做出详解。

1、软件架构存在的意义

可以说一个好的程序架构,是一个有经验的工程师和一个初学者的分水岭。软件架构对于开发人员是友好的,你希望先执行什么任务后执行什么任务,或者这一个时间点执行什么任务下一个执行什么任务,又或者什么事件会同步到某个任务等等,在不同的软件架构下,解决上述问题的具体方法都是有所区别的。

软件架构对开发者最大的帮助是:帮助开发者掌控整个工程的框架,当你熟练使用其中某一个程序架构后,对于系统中出现的bug你一定能够快速的定位并解决。当然,我建议要根据需要选择合适的软件架构进行开发,具体原因在文章后面会进行介绍。

2、深入介绍三种不同的程序架构

三种常用的软件架构有:顺序执行的前后台系统、时间片轮询系统和多任务操作系统。为了让大家有一个更为清晰的认识,我分别用三种软件架构对一个实例进行介绍说明。这个实例如下:它有4个任务,这4个任务为按键扫描、声光报警、显示屏刷新和超声波测距。这个实例的具体功能是通过按键设置测量距离的阈值,当测距距离低于设置的阈值时,触发声光报警并且将测量距离实时显示在显示屏上(这个应用是汽车倒车雷达的具体体现)。

2.1顺序执行的前后台系统

在顺序执行的前后台系统中,我会把键盘扫描用查询的方式放在while(1)中,而显示屏刷新和超声波测距使用中断,在中断服务函数中获取测量距离后进行显示,在主函数的循环中进行按键的检测,声光处理也放在主循环中。这样整个程序就以变量标志的同步方式在主循环和后台中断中执行,对应的程序代码如图所示:

嵌入式开发中常用的软件架构

顺序执行前后台系统的主函数

嵌入式开发中常用的软件架构

顺序执行前后台系统的中断服务函数

这种架构的优点是使用简单易于理解,而缺点是每个任务所占的CPU时间过长的话,会导致程序的实时性能差,就比如按键的检测等。

2.2时间片轮询系统和多任务操作系统

时间片轮询法实际上通常出现在操作系统中,也就是说他属于操作系统,但在这里所说的是基于前后台系统的时间片轮询。时间片轮询法的实质其实就是选出一个定时器,没进一次定时中断对计数值进行自加,在主循环中根据这个计数值执行任务,这个计数值也就是任务轮询的时间片。在这个实例中,如果采用时间片轮询系统的话,首先选用主控芯片的任一定时器,定时器定时时间周期由我们决定,为了保证实时性和运行效率,这个值通常取10ms、30ms、50ms等,我会将按键扫描轮值值设置为20ms,因为按键抖动的时长一般为20ms,这样处理既达到了消抖的目的,又不会漏掉按键的检测;而显示屏的刷新设置为30ms,如果你觉得刷新反应慢了也可以修改这一轮询值得到改善;而超声波测距的轮询值设置为100ms,即每隔100模式触发测距一次,这个测距频率已经能够满足大多数的情况了。

程序代码如下:

嵌入式开发中常用的软件架构

时间片轮询系统的主函数

嵌入式开发中常用的软件架构

时间片轮询系统的定时器中断函数

可以看出时间片轮询法相比顺序执行还是有很大优势的,既有顺序执行法的优点,也有操作系统的部分优点。

2.3多任务操作系统

操作系统的本身是一个比较复杂的东西,任务的管理和调度实现的底层是很复杂和困难的。但是呢,我们一般都是把操作系统本身作为一个工具一个平台,我们的目的是使用它的功能而不是开发一个操作系统。我使用过ucosfreertos小型的实时操作系统,也使用过Linux大型的操作系统,有了操作系统,不管是对于程序的稳定性和开发的效率都会好很多。我们在使用操作系统的时候更多的需要去学习和理解它的一些调度和通信的方式。实际上真正能使用操作系统的人并不多,反而是跑裸机的占大多数,这也和产品的具体要求有关,很多简单的系统只需要裸机即可满足。

在这里本我不过多的介绍操作系统本身,因为操作系统确实挺复杂的,下面图例中的代码是在freertos中创建按键控制LED亮灭的程序结构,大家可以对比一下:

嵌入式开发中常用的软件架构

freertos多任务系统中主函数

嵌入式开发中常用的软件架构

freertos多任务操作系统中的任务回调函数

3、如何选择合适的软件架构

我使用过多种不同MCU做项目开发,例如:STM32、STC15、新唐等,也接触过复杂的设计需求,例如:车载智能系统和智能家居,跑过操作系统ucos、freertos和Linux等等,在回到裸机开发时,就会不然而然的去思考完整系统的软件架构的设计问题,相信在读者中开发裸机的也占大多数。

我认为没有最好的软件架构(程序架构),而是只有最合适的。因为在不同的应用场景中适合采用不同的程序设计,而单纯的去比较哪种程序架构是最好的没有什么实际的意义。那接下来我们来对具体的应用场景进行分析,在一些逻辑清晰功能单一的系统中就很适合选择顺序执行的前后台架构,这个软件架构往往能够满足我们大部分的需求,比如电饭煲、电磁炉和声控灯泡等;而在一些资源缺乏的单片机并且对系统可靠性要求较高的情况下非常适合,因为这种方法的系统耗费比较小,只是牺牲了一个定时器而已,但是选择此种程序架构需要我们对时间片进行深思熟虑的划分;最后,在一些功能复杂,逻辑控制较为困难的系统中就适合选择多任务操作系统,比如视频监控系统、无人机等等应用场景。

作为一名嵌入式软件工程师,掌握这三种软件架构是非常有必要的,它们可以让我们在设计程序时拥有更多的选择和思考,而每一种不同的程序架构都具备它自己的优势与不足,这需要我们去用心实践方可体会到它的奥妙。
责任编辑:tzh

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 单片机
    +关注

    关注

    6030

    文章

    44482

    浏览量

    631765
  • mcu
    mcu
    +关注

    关注

    146

    文章

    16852

    浏览量

    349801
  • 嵌入式
    +关注

    关注

    5056

    文章

    18955

    浏览量

    301680
  • 软件
    +关注

    关注

    69

    文章

    4684

    浏览量

    87066
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    嵌入式开发常见问题排查

    嵌入式开发问题排查很多人认为嵌入式开发很难,主要是因为在这个过程中常常会遇到各式各样的问题。这些问题的复杂性和多样性使得许多人感到困惑和无所适从。然而,如果将这些问题逐一拆解,实际上大部分都可以
    的头像 发表于 09-22 08:04 222次阅读
    <b class='flag-5'>嵌入式开发</b>常见问题排查

    嵌入式常用总线有哪些

    嵌入式系统中常用的总线种类繁多,它们各自具有不同的特点和应用场景。以下将详细介绍几种嵌入式开发中常用的总线,包括UART、I2C、SPI、RS-232、RS-485、CAN以及USB等
    的头像 发表于 09-10 11:34 423次阅读

    嵌入式开发常用软件有哪些?

    嵌入式开发常用软件有哪些? 对于初学嵌入式的朋友们,会想要了解嵌入式软件开发常用
    发表于 09-09 15:22

    一种常用嵌入式开发代码库

    使用开源协议:GPL-2.0varch简介varch(we-architecture,意为我们的框架库)是嵌入式C语言常用代码模块库,包含了嵌入式中常用的算法库,数据结构(容器)库,解
    的头像 发表于 09-04 08:06 356次阅读
    一种<b class='flag-5'>常用</b><b class='flag-5'>嵌入式开发</b>代码库

    嵌入式开发前景怎么样?

    嵌入式开发前景非常广阔,这主要得益于物联网、人工智能、大数据等技术的快速发展,以及嵌入式系统在各个领域的广泛应用。以下是对嵌入式开发前景的详细分析
    的头像 发表于 07-10 09:00 2301次阅读
    <b class='flag-5'>嵌入式开发</b>前景怎么样?

    嵌入式开发就业前景怎么样?

    。在智能家居领域,嵌入式开发的主要工作是开发各种智能化设备和系统,如智能照明、智能安防、智能家电等。嵌入式开发人员需要掌握相关的硬件和软件技术,如处理器、传感器、通信技术、操作系统等,
    发表于 06-07 14:51

    fpga是嵌入式开发

    FPGA(现场可编程门阵列)与嵌入式开发之间确实存在一定的关联,但它们在本质上是两个不同的领域。
    的头像 发表于 03-15 14:18 919次阅读

    嵌入式软件开发应该掌握哪些知识?

    嵌入式软件开发应该掌握哪些知识? 一、 什么是嵌入式软件嵌入式软件通常是指
    发表于 02-19 11:23

    嵌入式软件开发软件开发的区别

    嵌入式软件开发软件开发是两个不同的概念,它们在一些关键方面有着明显的区别。嵌入式软件开发是指开发
    的头像 发表于 01-22 15:27 2115次阅读

    嵌入式开发测试秘诀

    嵌入式软件开发过程中,花在测试和花在编码的时间比通常在3:1左右(实际上可能更多)。这个比例会随着工程师编程、测试水平的提高而不断下降,但无论如何,软件测试都是嵌入式
    的头像 发表于 11-24 16:18 478次阅读

    c语言嵌入式开发

    电子发烧友网站提供《c语言嵌入式开发.zip》资料免费下载
    发表于 11-17 14:11 2次下载
    c语言<b class='flag-5'>嵌入式开发</b>

    嵌入式开发系统基础知识

    电子发烧友网站提供《嵌入式开发系统基础知识.pdf》资料免费下载
    发表于 11-17 10:59 11次下载
    <b class='flag-5'>嵌入式开发</b>系统基础知识

    嵌入式开发学习路线

    电子发烧友网站提供《嵌入式开发学习路线.doc》资料免费下载
    发表于 11-17 10:13 13次下载
    <b class='flag-5'>嵌入式开发</b>学习路线

    嵌入式开发学习路线分享

    的实际应用范畴,可以说目前市场上对嵌入式开发人才的需求越来越大,很多小伙伴都想通过培训学习的方式走向嵌入式开发相关的岗位。下面,小编就给各位小伙伴介绍一个简单易懂的学
    的头像 发表于 11-15 11:51 1266次阅读
    <b class='flag-5'>嵌入式开发</b>学习路线分享

    windows ce嵌入式开发入门-基本Xscale架构

    电子发烧友网站提供《windows ce嵌入式开发入门-基本Xscale架构.pdf》资料免费下载
    发表于 11-10 11:18 0次下载
    windows ce<b class='flag-5'>嵌入式开发</b>入门-基本Xscale<b class='flag-5'>架构</b>