单片机中基于时间片的多任务的实现

时间:2021-12-14 08:04:55

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:

           typedef struct _Task_Struct
{
u8 isRun; //表示任务是否在运行
u16 TimerSlice; //·分配给任务的时间片
u16 SliceNumber; //时间片的个数,在TimerSlice为0时,将其赋值给TimerSlice重新计数
void (*TaskPointer)(void* parameter); //任务的函数指针
}Task_Struct,*Task_Struct_Pointer;

单片机中基于时间片的多任务的实现

      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


void task1(void* parameter)
{
printf("LED is blinking.\r\n");
}


void task2(void* parameter)
{
printf("LCD is Running.\r\n");
}


void task3(void* parameter)
{
printf("A file is downloading.\r\n");
}


void task4(void* parameter)
{
printf("A key is pressing.\r\n");
}



   3.定义任务数组,并初始化,用于保存任务的信息:


Task_Struct tasks[] = 
{
{0,200,200,task1}, //用各个任务的函数名初始化
{0,60,60,task2},
{0,100,100,task3},
{0,10,10,task4}
};

  

    4.保存所有执行的任务数量:        

  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


#define IN
#define OUT
void Timer3_Init(IN u16 period,IN u16 prescaler){    TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct;    NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStructure;    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Prescaler = prescaler;//定时器的预分频系数    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_Period = period;//定时器的计数值    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;    TIM_TimeBaseInitStruct->TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;    TIM_TimeBaseInit(TIM3,TIM_TimeBaseInitStruct);    TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许更新中断    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//抢占优先级    NVIC_InitStructure->NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;    NVIC_Init(NVIC_InitStructure); //中断初始化    TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能定时器}

   6.定时器中断:


 void TIM3_IRQHandler(void)//TIMER3中断
{
u8 i = 0;
if (RESET != TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update))//检查TIM3更新中断发生与否
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
for (i=0; i < task_count; ++i) //遍历任务数组
{
if (tasks[i].TimerSlice) //判断时间片是否到了
{
--tasks[i].TimerSlice;
if (0 == tasks[i].TimerSlice) //时间片到了
{
tasks[i].isRun = 0x01;//置位 表示任务可以执行
tasks[i].TimerSlice = tasks[i].SliceNumber; //重新加载时间片值,为下次做准备
}
}
}
}
}

       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:


 void Task_Process()
{
u8 i = 0;
for (i=0; i < task_count; ++i) //遍历任务数组
{
if (tasks[i].isRun) //若任务可执行,则执行任务
{
tasks[i].TaskPointer(NULL);
tasks[i].isRun = 0;//将标志位清零
}
}
}

     8.main函数中调用Task_Proccess函数即可,

int main(void)
{
u8 t = 0;
SystemInit();
delay_init();
NVIC_Configuration();
uart_init(9600);
Timer3_Init(7999,7199);
while (1)
{
Task_Process();
}
return 0;
}


          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.单片机中基于时间片的多任务的实现

可见,程序实现了多任务的并行。