分層思想

　　分層的思想,，并不是什么神秘的東西，事實(shí)上很多做項(xiàng)目的工程師本身自己也會(huì)在用,?？戳瞬簧偬佣及l(fā)現(xiàn)沒有提及這個(gè)東西,，然而分層結(jié)構(gòu)確是很有用的東西，參透后會(huì)有一種恍然大悟的感覺,。如果說我不懂LCD怎么驅(qū)動(dòng),，那好辦，看一下datasheet,，參考一下別人的程序,，很快就可以做出來。但是如果不懂程序設(shè)計(jì)的思想的話,，會(huì)給你做項(xiàng)目的過程中帶來很多很多的困惑,。 參考了市面上各種各樣的嵌入式書籍，MCS-51,，AVR ,，ARM 等都有看過,，但是沒有發(fā)現(xiàn)有哪本是介紹設(shè)計(jì)思想的,，就算有也是鳳毛麟角。寫程序不難,，但是程序怎么樣才能寫的好,，寫的快，那是需要點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)積累的。結(jié)構(gòu)化模塊化的程序設(shè)計(jì)的思想,，是最基本的要求,。 然而這么將這個(gè)抽象的概念運(yùn)用到工程實(shí)踐當(dāng)中恩？那需要在做項(xiàng)目的過程中經(jīng)歷磨難,，將一些東西總結(jié)出來,，抽象升華為理論，對(duì)經(jīng)驗(yàn)的積累和技術(shù)的傳播都大有裨益,。所以在下出來獻(xiàn)丑一下,，總結(jié)一些東西。 就我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)而談,，有兩個(gè)設(shè)計(jì)思想是非常重要的,。 一個(gè)就是“時(shí)間片輪的設(shè)計(jì)思想”，這個(gè)對(duì)實(shí)際中解決多任務(wù)問題非常有用,，通?？梢杂眠@個(gè)東西來判斷一個(gè)人是單片機(jī)學(xué)習(xí)者，還是一個(gè)單片機(jī)工程師,。這個(gè)必須掌握,。（下文將介紹）。

　　第二個(gè)就是“分層屏蔽的設(shè)計(jì)思想”即分層思想,。下面用掃描鍵盤程序例子作為引子,，引出今天說的東西。

　　問題的提出

　　單片機(jī)學(xué)習(xí)板一般為了簡(jiǎn)單起見,，將按鍵分配的很好,，例如整個(gè) 4*4 的鍵盤矩陣分配到 P1 口上面，8條控制線,，剛好,。這樣的話程序也非常好寫。只需要簡(jiǎn)單的：

　　KEY_DAT= P1;

　　端口的數(shù)據(jù)就讀進(jìn)來了,。 誠(chéng)然,，現(xiàn)實(shí)中沒有這么好的事情。在實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用當(dāng)中,，單片機(jī)引腳的復(fù)用相當(dāng)厲害,，這跟那些所謂的單片機(jī)學(xué)習(xí)板就有很大的差別了。

　　另外一個(gè)原因,，一般設(shè)計(jì)來說,，是“軟件配合硬件”的設(shè)計(jì)流程，簡(jiǎn)單點(diǎn)說就是,，先確定好硬件原理圖,，硬件布線,，最后才是軟件的開發(fā)，因?yàn)橛布薷钠饋肀容^麻煩,，相對(duì)來說軟件修改的時(shí)候比較好改,。這個(gè)就是中國(guó)傳統(tǒng)的陰陽平衡哲學(xué)原理。硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)本來就是魚和熊掌的關(guān)系,，兩者不可兼得,。方便了硬件設(shè)計(jì)，很可能給寫軟件帶來很大的麻煩,。 反過來說,，方便了軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)也會(huì)相當(dāng)?shù)穆闊?。如果硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)同時(shí)方便了,，那只有兩種可能，一是這個(gè)設(shè)計(jì)方案非常簡(jiǎn)單,，二是設(shè)計(jì)師已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)非常高的境界,。我們不考慮那么多情況，單純從常用的實(shí)際應(yīng)用的角度來看問題,。

　　硬件為了布線的方便,，很多時(shí)候會(huì)可能將IO口分配到不同的端口上面，例如上面說的4*4鍵盤,，8根線分別分配到 P0 P1 P2 P3 上面去了,。那么，開發(fā)板的那些掃描鍵盤程序可以去見鬼了,。怎么掃按鍵,？我想起了我剛開始學(xué)習(xí)的時(shí)候，分成3段非常相似的程序,，一個(gè)一個(gè)按鍵的掃描的經(jīng)歷……

　　或許有人不甘心,，“那些東西我花了很長(zhǎng)時(shí)間學(xué)習(xí)的，也用的好好的,，怎么能說一句不用就不用,？”雖然有點(diǎn)殘忍，但是我還是想說“兄弟,，接受現(xiàn)實(shí)吧,，現(xiàn)實(shí)是殘酷的……”

　　不過，人區(qū)別于低等動(dòng)物的差別,，是人會(huì)創(chuàng)造,，在碰到困難的時(shí)候會(huì)想辦法解決，于是我們開始了沉思……

　　最后我們引入初中數(shù)學(xué)學(xué)的“映射”的概念來解決問題,?；舅枷刖褪牵瑢⒉煌丝诘陌存I映射到相同端口上面,。

　　按鍵掃描程序如何分成3個(gè)層

　　最底層的是硬件層,，完成端口掃描，20ms延時(shí)消抖,，將端口的數(shù)據(jù)映射到一個(gè)KEY_DAT寄存器上面,，KEY_DAT作為對(duì)上層驅(qū)動(dòng)層的一個(gè)接口。

　　中間的一層是驅(qū)動(dòng)層,，驅(qū)動(dòng)層只對(duì) KEY_DAT 寄存器的數(shù)值進(jìn)行操作,。簡(jiǎn)單點(diǎn)說，我們無論底層的硬件是怎么接線的,，在驅(qū)動(dòng)層都不需要關(guān)心,，只需要關(guān)心 KEY_DAT 這個(gè)寄存器的數(shù)值是什么就可以了。這樣出來的間接效果就是“屏蔽了底層硬件的差異”,，所以驅(qū)動(dòng)層寫的程序就可以通用了,。

　　驅(qū)動(dòng)層的另外一個(gè)功能是為了上層提供消息接口。我們用了類似window程序的消息的概念,。這里可以提供一些按鍵消息,，例如：按下消息，松開消息,，長(zhǎng)按鍵消息,，長(zhǎng)按鍵的時(shí)候的步進(jìn)消息，等等,。

　　應(yīng)用層屬于最上層的程序,，這里就是根據(jù)項(xiàng)目的不同分別寫按鍵功能程序。它使用的是驅(qū)動(dòng)層提供的消息接口,。在應(yīng)用層寫程序的思想就是,，我不管下層是怎么工作的，我只關(guān)心按鍵消息,。有按鍵消息來的時(shí)候我就執(zhí)行功能,，沒有消息來的時(shí)候，我就什么也不做,。

　　下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的常用的例子,，說明我們這個(gè)設(shè)計(jì)思想的用法。

　　秒表調(diào)整時(shí)間的時(shí)候,，要求按著某個(gè)按鍵不放,，時(shí)間能連續(xù)的向上增加。這個(gè)東西很實(shí)用,，實(shí)際的家電中用途很廣泛,。

　　在看下面的東西之前,，大家可以想一下，這東西難嗎,？相信大家都會(huì)很響亮的回答,，“不難！,！”,，然而我再問：“這東西麻煩嗎？”我相信很多人肯定會(huì)說“很麻煩??！” 這不禁讓我想起開始學(xué)單片機(jī)的時(shí)候?qū)戇@種按鍵的那程序，亂七八糟的結(jié)構(gòu),。如果不相信的話,，可以自己用51寫一下哦，那樣就更加能體會(huì)本文說的分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,。 項(xiàng)目要求： 兩個(gè)按鍵,，分別分配在P10 和P20，分別是“加”“減”按鍵,，要求長(zhǎng)按鍵的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)連續(xù)加和連續(xù)減的功能,。 實(shí)戰(zhàn)： 假設(shè)按鍵上拉，沒有按鍵的時(shí)候高電平,，有按鍵的時(shí)候低電平,，另外，為了突出問題,，這里沒有將延時(shí)消抖的程序?qū)懮先?，在?shí)際項(xiàng)目中應(yīng)該加上。C語言函數(shù)參數(shù)的傳遞多種多樣,，這里作為例子,，用了最簡(jiǎn)單的全局變量來傳遞參數(shù)，當(dāng)然你也可以用 unsigned charReadPort（void）返回一個(gè)讀鍵結(jié)果,，甚至還可以 void ReadPort（unsigned char*pt） 用一個(gè)指針變量傳遞地址而達(dá)到直接修改變量的目的,。方法是多種多樣的，這個(gè)決定于每個(gè)人的程序風(fēng)格,。 1）開始寫硬件層程序,，完成映射

　　C語言應(yīng)該很容易看懂吧？如果 KEY_PLUS 按下,，P10口讀到低電平,，則 P1 &KEY_PLUS 的結(jié)果為 0 （xxxx xxx0 & 0000 0001），滿足if 的條件，進(jìn)入KeyDat |=0x01 是將 KeyDat 的bit0 置一,，也就是說,，將 KEY_PLUS 映射到 KeyDat 的 bit0 KEY_MIN是同樣的道理映射到 KeyDat 的 bit1，如果 KeyDat 的 bit0 為 1 ,，則說明 KEY_PLUS 按下,，反則亦然。

　　不需要想的很神秘,，映射就是這么一回事。如果還有其他按鍵的話,，用同樣辦法,，將他們?nèi)坑成涞?KeyDat 上面。

　　2）驅(qū)動(dòng)層程序編寫 如果將 KeyDat想象成 P1 口,，那么這個(gè)跟學(xué)習(xí)板那標(biāo)準(zhǔn)的掃描程序不就是一樣了嗎,？對(duì)的，這個(gè)就是底層映射的目的了,。

　　3）應(yīng)用層程序編寫 根據(jù)消息,，硬件層是必須分離出來，然而驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層的要求就不那么嚴(yán)格了,，事實(shí)上一些簡(jiǎn)單的項(xiàng)目沒有必要將這兩層分離開來,，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活應(yīng)對(duì)就可以了。 其實(shí)這樣寫程序是很方便移植的,，根據(jù)板子的不同而適當(dāng)?shù)男薷囊幌掠布幽莻€(gè) ReadPort 函數(shù)就完成了,，驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層很多代碼可以不經(jīng)過修改直接用，很能提高開發(fā)效率的,。當(dāng)然這個(gè)按鍵程序會(huì)存在一定的問題,，特別是遇到常閉按鍵和點(diǎn)觸按鍵的混合使用的場(chǎng)合。這個(gè)留給大家自己去想了,，反正問題總是能找到解決辦法的,，盡管方法有好有壞。 時(shí)間片輪設(shè)計(jì)思想 先用一個(gè)小例子引出今天的主題,，想象一下,，一個(gè)基本的家電控制板，肯定或多或少的會(huì)包含 ：LED 或者 數(shù)碼管顯示,，按鍵,， 繼電器或者可控硅的輸出 這3部分。數(shù)碼管需要 10ms到20ms的動(dòng)態(tài)掃描,，按鍵也需要20ms左右的延時(shí)消抖,，有沒有意識(shí)到，其實(shí)這些時(shí)間是同時(shí)在進(jìn)行的,。 回想一下咱們的教科書怎么教 按鍵 的延時(shí)消抖的,？沒錯(cuò),，死循環(huán)，絕對(duì)是原地踏步死循環(huán),，用指令來計(jì)時(shí),。這樣很自然的引發(fā)一個(gè)問題，單片機(jī)在原地踏步死循環(huán)的話,，那么其它的工作怎么辦,？如數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描怎么辦？ 唯有等按鍵掃描之后再進(jìn)行了,，這樣出來的效果,，數(shù)碼管肯定會(huì)閃爍的，掃描時(shí)間過長(zhǎng)了,，縮短按鍵消抖時(shí)間也不是解決辦法,，想象如果咱們還有其它很多工作也是同時(shí)做的呢？解決辦法之一,，就是今天的主題,，分時(shí)掃描的思想。當(dāng)然不會(huì)是唯一的辦法,，只不過俺一直在用,，覺得這個(gè)是非常不錯(cuò)的思想，可以解決很多實(shí)際問題,。大膽妄言一下,，分時(shí)掃描的思想也是單片機(jī)編程最核心的思想了，信不信就由你自己判斷了,。 核心思想的實(shí)現(xiàn)過程 第一,、用RTC中斷來計(jì)時(shí)，RTC的中斷時(shí)間短一點(diǎn),，我習(xí)慣是125us ,，為了解紅外遙控的碼，這個(gè)時(shí)間是需要的,。RTC計(jì)時(shí)是相當(dāng)準(zhǔn)的,，盡量利用。

　　第二,、在RTC的中斷服務(wù)程序里面放3個(gè)（數(shù)量自定）記時(shí)器（說白了就是計(jì)數(shù)器）,，我的習(xí)慣是 2ms 5ms 500ms 這3個(gè)是作為基準(zhǔn)時(shí)間，提供給整個(gè)系統(tǒng)來調(diào)用的,，所以必須準(zhǔn)確一點(diǎn),，實(shí)際用示波器調(diào)一下就OK了，不難。

　　第三,、在主程序的循環(huán)里面放一個(gè)專門處理時(shí)間的子程序,。（注：?jiǎn)纹瑱C(jī)是不會(huì)停的，永遠(yuǎn)在不斷循環(huán)的跑,，這個(gè)跟學(xué)校學(xué)的貌似有點(diǎn)不同,，俺面試的時(shí)候被問過這個(gè)問題 …） 將所有的時(shí)間處理都放在時(shí)間處理子程序里面做，這樣是非常方便的,，一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)最起碼需要處理 10～20個(gè)不同的時(shí)間,，也需要10～20個(gè)計(jì)時(shí)器了，而且相當(dāng)多要求同時(shí)不同步工作的,，如果每個(gè)都單獨(dú)的話是相當(dāng)?shù)穆闊?/p>

　　第四,、“程序是跑著來等，而不是站著來等”,，這話看來有點(diǎn)玄,，一個(gè)跟俺一起進(jìn)去公司的工程師討論的時(shí)候提到的這個(gè)問題,，俺覺得這個(gè)也是分時(shí)系統(tǒng)的一個(gè)比較重要的思想,，所以也這樣叫，下面有細(xì)說,。

　　第五,、下面用程序來說話，注釋盡量詳細(xì),，可以不用看代碼,，直接看注釋就可以了。

　　先中斷服務(wù)程序部分

　　每 125us 中斷一次,，產(chǎn)生幾個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間,。

　　（1） ref_2ms寄存器不斷的減1,，每次中斷減1,，一共減 16次，所以這里經(jīng)過的時(shí)間是 125us × 16 ＝ 2ms,，這個(gè)就是所謂的計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器 了,。這樣就可以靠一個(gè)系統(tǒng)的RTC中斷，來實(shí)現(xiàn)我們需要的很多個(gè)定時(shí)時(shí)間,。

　?。?）置2ms 計(jì)時(shí)結(jié)束標(biāo)志，這個(gè)是提供給時(shí)間處理程序用的,，這是一個(gè)計(jì)時(shí)器的框架,，下面的5ms計(jì)時(shí)完全相同。

　　這程序還用了一個(gè)塊的框架，比較方便的,，不過跟今天的主題無關(guān),，以后郁悶的時(shí)候再上來寫寫這個(gè)。上面的程序就是中斷服務(wù)程序里面的計(jì)時(shí)器,，分別定時(shí) 2ms 5ms 500ms,，計(jì)時(shí)完畢溢出是flag_TIme 標(biāo)志來記錄的，程序通過讀這個(gè)標(biāo)志就可以知道定時(shí)的時(shí)間是否已經(jīng)到了,。 下面看那個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間服務(wù)子程序

　　上面用了按鍵20ms消抖的計(jì)時(shí)器作為例子,，如果理解之后就可以發(fā)現(xiàn)，我們可以完全模仿那個(gè)計(jì)時(shí)器而在下面放很多很多的計(jì)時(shí)器,，則每5ms 進(jìn)來一下,，每個(gè)計(jì)時(shí)器都同時(shí)在計(jì)數(shù)了，誰先計(jì)算完畢就先關(guān)掉自己,，置相應(yīng)的標(biāo)志給其它程序調(diào)用,，而對(duì)其它計(jì)時(shí)器完全沒有影響！這樣,，我們可以在這里放很多個(gè)計(jì)時(shí)器了,，一般來說，十來二十個(gè)是沒有問題的,，完全滿足一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)時(shí)間的需求了,。

　　單個(gè)計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，先判斷允許計(jì)時(shí)標(biāo)志是否進(jìn)入計(jì)時(shí),，然后一個(gè)專用的寄存器在加1或者減1,，加/減相應(yīng)的數(shù)值之后也就是相應(yīng)的時(shí)間到了，關(guān)掉計(jì)時(shí)器,，置相應(yīng)需要用到的標(biāo)志,。

　　到這里差不多了，俺們需要的時(shí)間都可以出來了,，這樣做是不是非常方便,？咱們?cè)賮砜纯丛谶@段時(shí)間里單片機(jī)在做了什么東西？只有中斷計(jì)時(shí)夠 5ms 或者 500ms ,，那個(gè)溢出標(biāo)志才有效,，才能進(jìn)入上面的計(jì)時(shí)程序，其它時(shí)間都是在做其它事情,。而且進(jìn)入上面的計(jì)時(shí)器的時(shí)候,，可以看出，并不是在那里死循環(huán),，只是單純的加減一下寄存器就退出了,，整個(gè)過程耗時(shí)極其短,，看代碼不同吧，5us到 20us左右吧,，對(duì)主程序的執(zhí)行沒有什么影響,。

　　下面看看具體怎么調(diào)用

　　最開始談過的按鍵的消抖時(shí)間處理問題，現(xiàn)在就用上面介紹的辦法來看具體怎么解決問題,。

　　大概是這樣的：判斷什么時(shí)候有鍵,，沒有的話跳出，有的話開始延時(shí)消抖的計(jì)時(shí),，第二次進(jìn)來的時(shí)候直接由標(biāo)志位控制過去判斷時(shí)間時(shí)候夠,。

　　同樣是等待，這里就是最后一點(diǎn)所說的,，咱這是跑著來等,，不是站著來等。跟死循環(huán)定時(shí)比較,，在沒有定時(shí)到20ms 的這段時(shí)間里面單片機(jī)在做什么,？死循環(huán)的話，肯定就是在原地等,，什么都不做,，而看看上面的程序，他只是判斷是否定時(shí)夠,，具體的定時(shí)在統(tǒng)一的時(shí)間子程序里面做,，判斷沒有到時(shí)間的話就跳出了,，繼續(xù)跑其它的程序,，直到當(dāng)時(shí)間到了，單片機(jī)判斷出flag_delay,，key_flow 符合條件,，開始進(jìn)入按鍵處理程序了，在這個(gè)期間,，單片機(jī)都在做其它事情,，只是一個(gè)主循環(huán)跑回來判斷一次，所以單片機(jī)完全有空跑其它的程序,，而沒有將時(shí)間都耗在消抖上面,。

　　主程序循環(huán)體

　　這個(gè)就是用到的循環(huán)體了，所有功能都做成子程序形式了,，需要就掛上去就可以了,，比較方便，這樣一個(gè)總的循環(huán)體,，單片機(jī)就是在不斷的執(zhí)行這個(gè)循環(huán)體,，如果整個(gè)程序都采用上面說的分時(shí)掃的思想的話,，一周循環(huán)回來的時(shí)間是相當(dāng)短的，其實(shí)是不是跟電腦的思想有點(diǎn)像呢,？

　　電腦再快也并不是同時(shí)處理多個(gè)任務(wù),，而且每次處理一個(gè)，然后非?？斓乃俣葋硌h(huán)處理,，讓我們感覺上他是在同時(shí)處理多個(gè)程序那樣，我想,，我最終想表達(dá)的思想也就是這個(gè)而已,。有這個(gè)思想支撐下，單片機(jī)的程序變得比較容易上手了,，剩下的只是集中精力去用程序來實(shí)現(xiàn)我們的思想而已,，當(dāng)然，這里只是說一種可行的辦法而已,，不是說只有這種辦法,。

　　編寫程序是一門藝術(shù)，寫出來很容易,，寫得精巧卻很難,。

更多信息可以來這里獲取==>>電子技術(shù)應(yīng)用-AET<<