良许Linux教程网 干货合集 一款简单易用的嵌入式软件程序框架

一款简单易用的嵌入式软件程序框架

作者: 良许 255阅读 0评论

大家好，今天推荐一篇关于单片机程序框架的文章。

 1、程序框架的重要性   

很多人，特别是初学者在编写代码时，往往一边想一边写，最初没有整体规划，导致后续代码越写越凌乱，不断出现bug。

最终，代码可能会运行良好（也可能真的没有问题），但在添加新功能时，会花费大量时间，甚至导致整个代码崩溃。

因此，在项目开始阶段花费更多时间进行代码架构设计是非常必要的。一旦代码架构确定，您会发现编码速度会显著提高，而且在后期调试时也不会像无头苍蝇一样乱找问题。当然，调试也是一门艺术。

在学习实时操作系统的过程中，我发现实时操作系统框架与个人业务代码之间的耦合性非常低。只需通过特定接口函数注册业务代码，然后交由操作系统管理，非常方便。

然而，操作系统的调度过于复杂，因此我决定以操作系统的思维方式重构时间片轮询框架，以实现完全解耦。用户只需要包含头文件，使用过程中无需更改已编写好的库文件。

   2、程序实例

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的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 ...\n");
}

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

    printf("\n\n========timeslice running===========\n");

    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：

image-20240325215226256
image-20240325215226256

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。

  3、时间片轮询框架

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;
}

该链表是linux内核中使用十分广泛，也十分经典。

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。

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作者: 良许

良许，世界500强企业Linux开发工程师，公众号【良许Linux】的作者，全网拥有超30W粉丝。个人标签：创业者，CSDN学院讲师，副业达人，流量玩家，摄影爱好者。
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