IC卡电表C语言程序结构
发布时间：2010-11-24 11:32
发布者：eetech
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1 系统的改进 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 unsigned char uInt8 typedef 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_ Op[proc_cnt]={{ic_check，10}，{disp_loop，100}，{calc_power，150}，{set_led，2}，…}; //设置时间片初始值 data uInt8 time_val[proc_cnt]={10，100，150，2，…};时间片刷新。 void time_int1(void) interrupt 3 { uInt8 cnt; Time_Counter:=Time_Unit; for(cnt=0;cnt＜proc_cnt;cnt++) { time_val[cnt]--; } } 任务的执行。 void main(void){ uInt8 cnt; init(); //程序初始化 interrupt_on(); //打开中断 do{ for(cnt=0;cnt＜proc_cnt;cnt++) { if(!time_val[cnt]) { time_val[cnt]=Op[cnt].ms_count; Op[cnt].proc(); } } }while(1); } 在上面的结构定义中，proc是不能带参数的，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。 do{ for(cnt=0;cnt＜proc_cnt;cnt++){ if(!time_val[cnt]){ time_val[cnt]=Op[cnt].ms_count; Op[cnt].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_ Op[proc_cnt]={…，{proc1，100}，{proc2，200}}; data int time1_Seg; //定义一个全局旗标 //任务实现 void proc1(void){ if (time1_Seg) exit; else time1_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。 |
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