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

软件架构之时间轮片法

strongerHuang 来源: ERYUESANHI 2024-01-18 09:29 次阅读

程序架构重要性

很多人尤其是初学者在写代码的时候往往都是想一点写一点,最开始没有一个整体的规划,导致后面代码越写越乱,bug不断。 最终代码跑起来看似没有问题(有可能也真的没有问题),但是要加一个功能的时候会浪费大量的时间,甚至导致整个代码的崩溃。 所以,在一个项目开始的时候多花一些时间在代码的架构设计上是十分有必要的代码架构确定好了之后你会发现敲代码的时候会特别快,并且在后期调试的时候也不会像无头苍蝇一样胡乱找问题。当然,调试也是一门技术。 在学习实时操作系统的过程中,发现实时操作系统框架与个人的业务代码之间的耦合性就非常低,都是只需要将业务代码通过一定的接口函数注册好后就交给操作系统托管了,十分方便。 但是操作系统的调度过于复杂,这里就使用操作系统的思维方式来重构这个时间片轮询框架。实现该框架的完全解耦,用户只需要包含头文件,并且在使用过程中不需要改动已经写好的库文件。

Demo

首先来个demo,该demo是使用电脑开两个线程:一个线程模拟单片机定时器中断产生时间片轮询个时钟,另一个线程则模拟主函数中一直运行的时间片轮询调度程序。

#include 
#include 
#include 
#include "timeslice.h"


// 创建5个任务对象
TimesilceTaskObj task_1, task_2, task_3, task_4, task_5;


// 具体的任务函数
void task1_hdl()
{
    printf(">> task 1 is running ...
");
}


void task2_hdl()
{
    printf(">> task 2 is running ...
");
}


void task3_hdl()
{
    printf(">> task 3 is running ...
");
}


void task4_hdl()
{
    printf(">> task 4 is running ...
");
}


void task5_hdl()
{
    printf(">> task 5 is running ...
");
}


// 初始化任务对象,并且将任务添加到时间片轮询调度中
void task_init()
{
    timeslice_task_init(&task_1, task1_hdl, 1, 10);
    timeslice_task_init(&task_2, task2_hdl, 2, 20);
    timeslice_task_init(&task_3, task3_hdl, 3, 30);
    timeslice_task_init(&task_4, task4_hdl, 4, 40);
    timeslice_task_init(&task_5, task5_hdl, 5, 50);
    timeslice_task_add(&task_1);
    timeslice_task_add(&task_2);
    timeslice_task_add(&task_3);
    timeslice_task_add(&task_4);
    timeslice_task_add(&task_5);
}




// 开两个线程模拟在单片机上的运行过程
void timeslice_exec_thread()
{
    while (true)
    {
        timeslice_exec();
    }
}


void timeslice_tick_thread()
{
    while (true)
    {
        timeslice_tick();
        Sleep(10);
    }
}


int main()
{
    task_init();


    printf(">> task num: %d
", timeslice_get_task_num());
    printf(">> task len: %d
", timeslice_get_task_timeslice_len(&task_3));


    timeslice_task_del(&task_2);
    printf(">> delet task 2
");
    printf(">> task 2 is exist: %d
", timeslice_task_isexist(&task_2));


    printf(">> task num: %d
", timeslice_get_task_num());


    timeslice_task_del(&task_5);
    printf(">> delet task 5
");


    printf(">> task num: %d
", timeslice_get_task_num());


    printf(">> task 3 is exist: %d
", timeslice_task_isexist(&task_3));
    timeslice_task_add(&task_2);
    printf(">> add task 2
");
    printf(">> task 2 is exist: %d
", timeslice_task_isexist(&task_2));


    timeslice_task_add(&task_5);
    printf(">> add task 5
");


    printf(">> task num: %d
", timeslice_get_task_num());


    printf("

========timeslice running===========
");


    std::thread thread_1(timeslice_exec_thread);
    std::thread thread_2(timeslice_tick_thread);


    thread_1.join();
    thread_2.join();




    return 0;
}
运行结果如下:

19c9a94e-b598-11ee-8b88-92fbcf53809c.jpg

由以上例子可见,这个框架使用十分方便,甚至可以完全不知道其原理,仅仅通过几个简单的接口就可以迅速创建任务并加入到时间片轮询的框架中,十分好用。

时间片轮询架构

其实该部分主要使用了面向对象的思维,使用结构体作为对象,并使用结构体指针作为参数传递,这样作可以节省资源,并且有着极高的运行效率。 其中最难的部分是侵入式链表的使用,这种链表在一些操作系统内核中使用十分广泛,这里是参考RT-Thread实时操作系统中的侵入式链表实现。 h文件:

#ifndef _TIMESLICE_H
#define _TIMESLICE_H


#include "./list.h"


typedef enum {
    TASK_STOP,
    TASK_RUN
} IsTaskRun;


typedef struct timesilce
{
    unsigned int id;
    void (*task_hdl)(void);
    IsTaskRun is_run;
    unsigned int timer;
    unsigned int timeslice_len;
    ListObj timeslice_task_list;
} TimesilceTaskObj;


void timeslice_exec(void);
void timeslice_tick(void);
void timeslice_task_init(TimesilceTaskObj* obj, void (*task_hdl)(void), unsigned int id, unsigned int timeslice_len);
void timeslice_task_add(TimesilceTaskObj* obj);
void timeslice_task_del(TimesilceTaskObj* obj);
unsigned int timeslice_get_task_timeslice_len(TimesilceTaskObj* obj);
unsigned int timeslice_get_task_num(void);
unsigned char timeslice_task_isexist(TimesilceTaskObj* obj);


#endif
c文件:
#include "./timeslice.h"


static LIST_HEAD(timeslice_task_list);


void timeslice_exec()
{
    ListObj* node;
    TimesilceTaskObj* task;


    list_for_each(node, ×lice_task_list)
    {
           
        task = list_entry(node, TimesilceTaskObj, timeslice_task_list);
        if (task->is_run == TASK_RUN)
        {
            task->task_hdl();
            task->is_run = TASK_STOP;
        }
    }
}


void timeslice_tick()
{
    ListObj* node;
    TimesilceTaskObj* task;


    list_for_each(node, ×lice_task_list)
    {
        task = list_entry(node, TimesilceTaskObj, timeslice_task_list);
        if (task->timer != 0)
        {
            task->timer--;
            if (task->timer == 0)
            {
                task->is_run = TASK_RUN;
                task->timer = task->timeslice_len;
            }
        }
    }
}


unsigned int timeslice_get_task_num()
{
    return list_len(×lice_task_list);
}


void timeslice_task_init(TimesilceTaskObj* obj, void (*task_hdl)(void), unsigned int id, unsigned int timeslice_len)
{
    obj->id = id;
    obj->is_run = TASK_STOP;
    obj->task_hdl = task_hdl;
    obj->timer = timeslice_len;
    obj->timeslice_len = timeslice_len;
}


void timeslice_task_add(TimesilceTaskObj* obj)
{
    list_insert_before(×lice_task_list, &obj->timeslice_task_list);
}


void timeslice_task_del(TimesilceTaskObj* obj)
{
    if (timeslice_task_isexist(obj))
        list_remove(&obj->timeslice_task_list);
    else
        return;
}




unsigned char timeslice_task_isexist(TimesilceTaskObj* obj)
{
    unsigned char isexist = 0;
    ListObj* node;
    TimesilceTaskObj* task;


    list_for_each(node, ×lice_task_list)
    {
        task = list_entry(node, TimesilceTaskObj, timeslice_task_list);
        if (obj->id == task->id)
            isexist = 1;
    }


    return isexist;
}


unsigned int timeslice_get_task_timeslice_len(TimesilceTaskObj* obj)
{
    return obj->timeslice_len;
}

底层侵入式双向链表

该链表是linux内核中使用十分广泛,也十分经典,其原理具体可以参考文章: https://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3562146.html h文件:

#ifndef _LIST_H
#define _LIST_H


#define offset_of(type, member)             (unsigned long) &((type*)0)->member
#define container_of(ptr, type, member)     ((type *)((char *)(ptr) - offset_of(type, member)))


typedef struct list_structure
{
    struct list_structure* next;
    struct list_structure* prev;
} ListObj;


#define LIST_HEAD_INIT(name)    {&(name), &(name)}
#define LIST_HEAD(name)         ListObj name = LIST_HEAD_INIT(name)


void list_init(ListObj* list);
void list_insert_after(ListObj* list, ListObj* node);
void list_insert_before(ListObj* list, ListObj* node);
void list_remove(ListObj* node);
int list_isempty(const ListObj* list);
unsigned int list_len(const ListObj* list);


#define list_entry(node, type, member) 
    container_of(node, type, member)


#define list_for_each(pos, head) 
    for (pos = (head)->next; pos != (head); pos = pos->next)


#define list_for_each_safe(pos, n, head) 
  for (pos = (head)->next, n = pos->next; pos != (head); 
    pos = n, n = pos->next)


#endif
c文件:
#include "list.h"


void list_init(ListObj* list)
{
    list->next = list->prev = list;
}


void list_insert_after(ListObj* list, ListObj* node)
{
    list->next->prev = node;
    node->next = list->next;


    list->next = node;
    node->prev = list;
}


void list_insert_before(ListObj* list, ListObj* node)
{
    list->prev->next = node;
    node->prev = list->prev;


    list->prev = node;
    node->next = list;
}


void list_remove(ListObj* node)
{
    node->next->prev = node->prev;
    node->prev->next = node->next;


    node->next = node->prev = node;
}


int list_isempty(const ListObj* list)
{
    return list->next == list;
}


unsigned int list_len(const ListObj* list)
{
    unsigned int len = 0;
    const ListObj* p = list;
    while (p->next != list)
    {
        p = p->next;
        len++;
    }


    return len;
}
到此,一个全新的,完全解耦的,十分方便易用时间片轮询框架完成。

审核编辑:黄飞

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

    6032

    文章

    44513

    浏览量

    632689
  • 定时器
    +关注

    关注

    23

    文章

    3237

    浏览量

    114432
  • 实时操作系统

    关注

    1

    文章

    196

    浏览量

    30738
  • 软件架构
    +关注

    关注

    0

    文章

    64

    浏览量

    10274

原文标题:软件架构之时间轮片法

文章出处:【微信号:strongerHuang,微信公众号:strongerHuang】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    如何设计一种优先级和时间相结合的调度

    时间调度的原理是什么?基于μC/OSII时间调度过程是怎么进行的?如何设计一种优先级和时间
    发表于 04-27 06:41

    单片机的程序架构——时间轮询【学习笔记】精选资料分享

    单片机的程序架构1.顺序执行2.时间寻:==2.0一个定时器的复用:====2.1 时间
    发表于 07-16 07:20

    嵌入式单片机程序架构之时间轮询

    一、单片机:1、嵌入式单片机程序架构之时间轮询https://mp.weixin.qq.com/s/F6FGDwW_Rqax***9BYcg6yQ2、stm32 f429 移植
    发表于 12-20 06:13

    单片机程序架构之时间程序架构重要性解析

    单片机程序架构时间程序架构重要性很多人尤其是初学者在写代码的时候往往都是想一点写一点,最
    发表于 02-24 06:52

    基于μC/OS-II的时间调度设计方法

    基于μC/OS-II的时间调度设计方法 多任务的调度算法多种多样,各种调度算法也各有千秋。在某些应用场合,时间调度
    发表于 03-29 15:08 1230次阅读
    基于μC/OS-II的<b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>片</b>调度<b class='flag-5'>法</b>设计方法

    ARM架构应用实例02时间轮询

    ARM嵌入式应用程序架构设计实例精讲--ARM架构应用实例02时间轮询
    发表于 07-07 18:24 0次下载

    时间调度设计方案分析

    ,主要原因如下:①多任务的时间调度在嵌入式领域有实用价值。一方面是很多嵌入式软件系统升级有这种需求,旧的软件模块基于Endless Loop实现,升级到C/OS-II后,若要最大限度
    发表于 10-19 11:45 0次下载
    <b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>片</b>调度<b class='flag-5'>法</b>设计方案分析

    单片机的时间轮询的思路介绍和架构说明

    不过我们这里要说的这个时间轮询并不是挂在操作系统下,而是在前后台程序中使用此法。也是本贴要详细说明和介绍的方法。对于时间轮询
    发表于 09-18 17:21 8次下载
    单片机的<b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>片</b>轮询的思路介绍和<b class='flag-5'>架构</b>说明

    单片机中的时间轮询解析

    时间轮询,在很多书籍中有提到,而且有很多时候都是与操作系统一起出现,也就是说很多时候是操作系统中使用了这一方。不过我们这里要说的这个时间
    发表于 09-16 16:11 8541次阅读

    单片机程序时间框架

    的规划,导致后面代码越写越乱,bug不断。 最终代码跑起来看似没有问题(有可能也真的没有问题),但是要加一个功能的时候会浪费大量的时间,甚至导致整个代码的崩溃。 所以,在一个项目开始的时候多花一些时间在代码的架构设计上是十分有必
    的头像 发表于 08-26 11:07 3639次阅读

    单片机的程序架构——时间轮询【学习笔记】

    单片机的程序架构1.顺序执行2.时间寻:==2.0 一个定时器的复用:====2.1 时间
    发表于 11-14 18:06 47次下载
    单片机的程序<b class='flag-5'>架构</b>——<b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>片</b>轮询【学习笔记】

    单片机应用程序架构-时间轮询

    单片机应用程序框架时间轮询的学习。根据所见的,学的,看的。大致分为三类程序结构。1. 简单的前后台顺序执行程序。2. 时间轮询
    发表于 11-24 17:51 19次下载
    单片机应用程序<b class='flag-5'>架构</b>-<b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>片</b>轮询<b class='flag-5'>法</b>

    单片机程序架构时间

    单片机程序架构时间程序架构重要性很多人尤其是初学者在写代码的时候往往都是想一点写一点,最
    发表于 12-31 19:44 11次下载
    单片机程序<b class='flag-5'>架构</b>—<b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>轮</b><b class='flag-5'>片</b><b class='flag-5'>法</b>

    单片机面向对象思维的架构时间

    一个线程模拟单片机的定时器中断产生时间轮询个时钟,另一个线程则模拟主函数中一直运行的时间轮询调度程序。
    发表于 02-08 15:50 3次下载
    单片机面向对象思维的<b class='flag-5'>架构</b>:<b class='flag-5'>时间</b><b class='flag-5'>轮</b><b class='flag-5'>片</b><b class='flag-5'>法</b>

    PyTorch教程之时间反向传播

    电子发烧友网站提供《PyTorch教程之时间反向传播.pdf》资料免费下载
    发表于 06-05 09:49 0次下载
    PyTorch教程<b class='flag-5'>之时间</b>反向传播