单片机中基于时间片的多任务的实现

2019-04-15 18:57发布

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前言：     最近朋友问我一个单片机问题，他写了一个单片机程序实现了两组LED灯的闪烁，他说着两组LED灯的闪烁有先后顺序，他问我能不能设计一个程序，让着两组LED灯的独立闪烁。我当时想了想，用两个定时器可以实现它这个功能。但是由于我做硬件比较少，觉得配置定时器太麻烦，就在技术群里咨询了一下，以杭州的大神（网名：迷你强）给了建议：用时间片来实现多任务，并举了个详细的例子。于是今天（2016年12月13日）我借了个STM32F103ZET的板子设计并验证了时间片是可行的多任务方案。废话好多，下面进入正题。先讲讲时间片的概念吧    以下这段来自百度：时间片即CPU分配给各个程序的时间，每个线程被分配一个时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间，使各个程序从表面上看是同时进行的。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。而不会造成CPU资源浪费。在宏观上：我们可以同时打开多个应用程序，每个程序并行不悖，同时运行。但在微观上：由于只有一个CPU，一次只能处理程序要求的一部分，如何处理公平，一种方法就是引入时间片，每个程序轮流执行。OK，不懂可以先往下看。    1.首先，定义一个表示的任务的结构体：[cpp] view plain copy
  1. typedef struct _Task_Struct  
  2. {  
  3.    u8 isRun;        //表示任务是否在运行  
  4.    u16 TimerSlice;   //·分配给任务的时间片  
  5.    u16 SliceNumber;   //时间片的个数，在TimerSlice为0时，将其赋值给TimerSlice重新计数  
  6.    void (*TaskPointer)(void* parameter);   //任务的函数指针  
  7. }Task_Struct,*Task_Struct_Pointer;                       


      2.然后定义要执行的任务，即函数，这里简单起见，定义了四个task：
[cpp] view plain copy
  1. void task1(void* parameter)  
  2. {  
  3.      printf("LED is blinking. ");  
  4. }  
  5.   
  6.   
  7. void task2(void* parameter)  
  8. {  
  9.     printf("LCD is Running. ");  
  10. }  
  11.   
  12.   
  13. void task3(void* parameter)  
  14. {  
  15.     printf("A file is downloading. ");  
  16. }  
  17.   
  18.   
  19. void task4(void* parameter)  
  20. {  
  21.    printf("A key is pressing. ");  
  22. }    
  23.       


   3.定义任务数组，并初始化，用于保存任务的信息：
[cpp] view plain copy
  1. Task_Struct tasks[] =   
  2. {  
  3.    {0,200,200,task1},  //用各个任务的函数名初始化  
  4.    {0,60,60,task2},  
  5.    {0,100,100,task3},  
  6.    {0,10,10,task4}  
  7. };       

      4.保存所有执行的任务数量：        [cpp] view plain copy
  1. u32 task_count = sizeof(tasks) / sizeof(Task_Struct);  

   5.随便初始化一个定时器，我这里用了定时器3：
[cpp] view plain copy
  1. #define IN  
  2. #define OUT  
[cpp] view plain copy
  1. void Timer3_Init(IN u16 period,IN u16 prescaler)  
  2. {  
  3.     TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct;  
  4.     NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStructure;  
  5.   
  6.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);  
  7.   
  8.     TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Prescaler = prescaler;//定时器的预分频系数  
  9.     TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Period = period;//定时器的计数值  
  10.     TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  
  11.     TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
  12.     TIM_TimeBaseInit(TIM3,TIM_TimeBaseInitStruct);  
  13.     TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许更新中断  
  14.   
  15.     NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  
  16.     NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;  
  17.     NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级  
  18.     NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  
  19.     NVIC_Init(NVIC_InitStructure); //中断初始化  
  20.   
  21.     TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能定时器  
  22.   
  23. }  

   6.定时器中断：
[cpp] view plain copy
  1. void TIM3_IRQHandler(void)//TIMER3中断  
  2.   
  3.    u8 i = 0;  
  4.    if (RESET != TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update))//检查TIM3更新中断发生与否  
  5.    {  
  6.        TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);  
  7.        for (i=0; i < task_count; ++i) //遍历任务数组  
  8.        {  
  9.            if (tasks[i].TimerSlice)  //判断时间片是否到了  
  10.            {  
  11.                 --tasks[i].TimerSlice;  
  12.                 if (0 == tasks[i].TimerSlice) //时间片到了  
  13.                 {  
  14.                      tasks[i].isRun = 0x01;//置位  表示任务可以执行  
  15.                      tasks[i].TimerSlice = tasks[i].SliceNumber; //重新加载时间片值，为下次做准备  
  16.                  }  
  17.            }  
  18.        }  
  19.     }  
       在定时器中断中对任务结构体的TimerSlice递减，定时器没中断一次TimerSlice减一。当TimerSlice减到0时，将任务结构体的isRun置位，表示任务可执行，该标志在Task_Process函数中会用到。   7.任务调度函数：
[cpp] view plain copy
  1. void Task_Process()  
  2.   
  3.     u8 i = 0;  
  4.     for (i=0; i < task_count; ++i) //遍历任务数组  
  5.     {  
  6.         if (tasks[i].isRun) //若任务可执行，则执行任务  
  7.         {  
  8.             tasks[i].TaskPointer(NULL);  
  9.             tasks[i].isRun = 0;//将标志位清零  
  10.         }  
  11.     }  
  12.     

     8.在main函数中调用Task_Proccess函数即可，[cpp] view plain copy
  1. int main(void)  
  2. {  
  3.        u8 t = 0;  
  4.        SystemInit();  
  5.        delay_init();  
  6.        NVIC_Configuration();  
  7.        uart_init(9600);  
  8.        Timer3_Init(7999,7199);  
  9.        while (1)  
  10.        {  
  11.           Task_Process();  
  12.        }  
  13.       return 0;  
  14. }  


          到此，一个简单的时间片就实现了。蟹蟹大家，如有不对之处，请大家批评指正；如有雷同，纯属巧合。再次感谢！！！程序运行结果如下：   A key is pressing.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LED is blinking.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  LED is blinking.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  LED is blinking.
  LCD is Running.
  A key is pressing.
  LCD is Running.
  A file is downloading.
  A key is pressing.
  LCD is Running.可见，程序实现了多任务的并行。