1、小容量单片机系统的 C 语言程序结构2002 年初，笔者着手写一个 IC 卡预付费电表的工作程序，该电表使用 Philips 公司的 8 位 51 扩展型单片机 87LPC764，要求实现很多功能，包括熄显示、负荷计算与控制、指示闪烁以及电表各种参数的查询等，总之，要使用时间的单元很多。笔者当时使用ASM51 完成了这个程序的编写，完成后的程序量是 2KB 多一点。后来，由于种种原因，这个程序并没有真正使用，只是作了一些改动之后用在一个老化设备上进行计时与负荷计算。约一年后，笔者又重新改写了这些代码。1 系统的改进可以说，这个用 ASM51 实现的代码是没有什么组织性可言的，要什么功能就加入什
2、么功能，弄得程序的结构非常松散，其实这也是导致笔者最终决定重新改写这些代码的原因。大家知道，87LPC764 有 4KB 的 Flash ROM，而笔者的程序量只有 2KB 多点，因而第一个想法是改用 C 语言作为主要的开发语言，应该不至于导致代码空间不够用。其次，考虑到需要定时功能的模块(或称任务，以下统称任务)较多，有必要对这些任务进行有序的管理。笔者考虑使用时间片轮询方式，即给每个要求时间管理的任务以一个时间间隔，时间间隔一到，即运行其代码，达到合理使用系统定时器资源的目的。就 51 系统而言，一般至少一个定时器可用来进行时间片的轮询。基于以上的想法，构造了下述数据类型。typedef
3、unsigned char uInt8typedef struct void (*proc)(void); /处理程序uInt8 ms_count; /时间片大小 _op_;数据结构定义好之后，接着就是实现代码，包括三部分，即初始化数据、时间片的刷新与时间到执行。初始化数据。#define proc_cnt 0x08 /定义过程或任务数量/任务栈初始化code _op_ Opproc_cnt=ic_check，10，disp_loop，100，calc_power，150，set_led，2，;/设置时间片初始值data uInt8 time_valproc_cnt=10，100，150，2，
4、;时间片刷新。void time_int1(void) interrupt 3 uInt8 cnt;Time_Counter:=Time_Unit;for(cnt=0;cntproc_cnt;cnt+) time_valcnt-;任务的执行。void main(void)uInt8 cnt;init(); /程序初始化interrupt_on(); /打开中断dofor(cnt=0;cntproc_cnt;cnt+) if(!time_valcnt) time_valcnt=Opcnt.ms_count;Opcnt.proc();while(1);在上面的结构定义中，proc 是不能带参数的，
5、各任务之间的通信可以定义一个参数内存块，通过一种机制进行数据信息交互，如定义一个全局变量。对于小容量单片机系统而言，需要这样做的任务并不多，总任务量也不会太多，因而这种协调并不太难处理。也许大家都有这样的认识，即一个实时系统中，差不多所有的具体任务都是有时间属性的，即使是不需要定时的过程或任务，也不见得要时时进行查询与刷新。如 IC 卡介质检测，保证每秒一次就足够了。因而，这些任务也可以列入到这个结构中来。在以上的程序代码中，考虑到单片机系统的 RAM 限制，不能像一些实时 OS 那样将任务栈建立在 RAM 中。笔者将任务栈建立在代码空间，因而不能在程序运行时动态地加入任务，因此要求在程序编译
6、时，任务栈已经确定。同时，定义一组计数值旗标 time_val，记录程序运行时的时间量，并在一个定时器中断中对其进行刷新。改变时间片刷新中断过程语句 Time_Counter:=Time_Unit;中的Time_Unit，可以改变系统时间片的刷新粒度，一般这个值由系统的最小时间度量值确定。同时，由任务的执行流程可知，此种系统构造并没有改变其前/后台系统的性质，只是对后台逻辑操作序列进行了有效管理。同时，如果将任务执行流程进行一些更改，并保证时间片小的任务前置，如下述程序。dofor(cnt=0;cntproc_cnt;cnt+)if(!time_valcnt)time_valcnt=Opcnt
7、.ms_count;Opcnt.proc();break; /执行完成后，重新进行优先调度while(1);则系统变为一个以执行频率为优先级的任务调度系统。当然，设置此种方式得非常小心，并要注意时间片的分配，如果时间片过小，则可能导致执行频率较低的任务难以被执行；而如果存在两个同样的时间片，则更加危险，可能导致第二个具有相同时间片的任务不被执行，因而，时间片的分配要合理，并保证其唯一性。2 性能分析与任务拆分以上两种任务管理方式，前一种按任务栈的顺序与时间片的大小依次进行调度，暂且称其为流水作业调度；而后一种，且称其为频率优先调度。两种方式各有优缺点。流水作业调度的各任务具有等同优先级，时间片
8、一到即会被按序调用，时间片大小的次序与唯一性不作要求；缺点是可能导致时间片小的，即要求执行得较快的任务等待过长的时间。频率优先调度的各任务按其时间片的大小，即执行频率划分优先级，时间片小的任务，其执行频率高，总是具有较高的优先权，但时间片的分配得协调，否则可能会导致执行频率低的任务长时间等待。要特别注意的是，两种方式都有可能导致一些任务长时间等待，时间片所设定的时间也因此不能作为精确时间的依据，根据系统的要求或需要，甚至要在任务执行过程中进行某些保护工作，如中断屏蔽等，因而在进行任务规划时要注意。如果一个任务较繁琐或可能要等待很长时间，则应当考虑任务的拆分，把一个较大的任务细化为较小的任务，把
9、一个费时长的任务划分为多个费时小的任务，协同完成其功能。如在等待时间长的情况下，可附加一个定时任务，定时任务到则发送一个消息旗标，主过程没有检测到消息旗标就马上返回，否则继续执行。下面是示例代码，假定该任务将等待很长时间，现将其拆分为两个任务 proc1 与 proc2 协同完成原来的工作，proc1 每 100 个时间单位执行一次，而 proc2 每 200 个时间单位执行一次。/定义两个任务，并将其加入到任务栈中。code _op_ Opproc_cnt=，proc1，100，proc2，200;data int time1_Seg; /定义一个全局旗标/任务实现void proc1(vo
10、id)if (time1_Seg)exit;elsetime1_Seg=const_Time1; /如果时间到了，则恢复初值并/接着执行下列代码。 /任务实际执行代码void proc2(void) if(time1_Seg) time1_Seg-; 由上例可以看出，任务拆分后，几乎不占过多的 CPU 时间，使得任务的等待时间大减，让 CPU 有足够的时间进行任务管理与调度。同时也让程序的结构性与可读性大为加强。结语基于上述思路与结构对 IC 卡电表工作程序进行全部改写后，系统的结构性能得到了很大改善。全部编写完成后，程序代码量约为3KB 多一点，可见此种结构的程序构造并不会造成很大的系统开销(大部分开销是由于使用 C 的结果)，却使开发得到了简化。这只要将系统细分为一系列任务，然后加入到任务栈进行编译即可，很适合小容量单片机系统的开发，而笔者也在多个系统中成功地应用了此种结构。
