淺談單片機(jī)程序結(jié)構(gòu)

在學(xué)C++時對對單片機(jī)程序有一些新的想法。

在《單片機(jī)用定時器分配任務(wù)程序結(jié)構(gòu)總結(jié)》里面，把整個系統(tǒng)分為兩個進(jìn)程：主函數(shù)和主函數(shù)調(diào)用的所有函數(shù)，這是主進(jìn)程;還有中斷觸發(fā)的一個進(jìn)程。

各種中斷的到來會立刻讓主進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)入棧保存，然后開始一段新的代碼，執(zhí)行完成后再從堆棧中讀取數(shù)據(jù)返回原來的地方繼續(xù)執(zhí)行，這種切換方式其實就和操作系統(tǒng)的各個進(jìn)程間切換是一模一樣的。所以把它們說成是兩個進(jìn)程確實非常貼切。

現(xiàn)在，在主進(jìn)程中進(jìn)一步把函數(shù)分為兩類：實現(xiàn)算法和邏輯功能的函數(shù)，以及公共函數(shù)。

先看下面這幅圖吧(取自譚浩強(qiáng)C++程序設(shè)計P227)

這里面所有函數(shù)都是由主函數(shù)調(diào)用的，屬于主進(jìn)程，并且列出來的所有函數(shù)都體現(xiàn)了算法，也就是用于構(gòu)成邏輯結(jié)構(gòu)。

例如在函數(shù)1里面想進(jìn)入函數(shù)2，不是直接調(diào)用函數(shù)2，而是先返回函數(shù)1，再由主循環(huán)分配到函數(shù)2。

這種程序結(jié)構(gòu)特別適合于多種“界面”的功能，比如電子鐘里面的時鐘顯示界面和設(shè)置界面，就是兩個函數(shù)，進(jìn)去了之后就執(zhí)行這個函數(shù)的特定的功能。再比如DYS388的顯示方式，有16位全彩顯示和7色顯示兩種模式，這兩種顯示模式就是兩個函數(shù)，進(jìn)入某一種顯示模式后就會以那種顯示模式特定的顯示方式進(jìn)行顯示。一般情況下，主進(jìn)程不會停留在主循環(huán)里，而是偶爾退出到主循環(huán)重新分配下一個將要進(jìn)入的函數(shù)。

這些函數(shù)之間有一些公共變量，也有一些于函數(shù)對應(yīng)的用于完成特定功能的變量。比如DYS388中16位刷新函數(shù)和7色刷新函數(shù)都對應(yīng)一段自己的顯存，這些顯存是有特定用處的，一般其它函數(shù)不會使用(但確實是公共變量，是可以被使用的);也有一些變量作用就是被各個函數(shù)使用，甚至用于函數(shù)間通信，輔助完成這些函數(shù)之間的邏輯結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，比如DYS388中的界面標(biāo)志變量DispMode，這個標(biāo)志變量就指明了當(dāng)前工作于那種刷新方式，任何函數(shù)(包括中斷進(jìn)程中的函數(shù))都可以通過改變此變量來切換顯示模式。

而今天我要說的不只是這些，上面說的是變量，有些變量對應(yīng)特定的函數(shù)使用，有些變量可以被所有函數(shù)使用。

與之對應(yīng)的還有函數(shù)，圖中畫出的函數(shù)都是所謂的“界面函數(shù)”(自己起的名字哈)，用于完成某一特定任務(wù)的函數(shù)，一般進(jìn)入這個函數(shù)后主進(jìn)程就會停在里面，當(dāng)達(dá)到特殊目的后返回。而這些“界面函數(shù)”也會不斷地調(diào)用其它函數(shù)完成功能，比如延時等。

這些被界面函數(shù)調(diào)用的函數(shù)把它們稱作“工具函數(shù)”。這些功能函數(shù)中有一些是公用的，比如延時函數(shù)，很多地方都會用到。而也有一些是某一個界面函數(shù)才會用到的，用于完成這個特殊功能的函數(shù)，比如DYS388中的一行的掃描程序，16位顯示函數(shù)不斷調(diào)用行掃描函數(shù)從而完成整屏的刷新。

這樣，這些所謂的“工具函數(shù)”就和變量對應(yīng)起來了。整體的程序框架是由各個“界面函數(shù)”和少數(shù)關(guān)鍵的全局變量構(gòu)建起來的。為這個框架服務(wù)的還有其它一些變量和工具函數(shù)，有些變量為特定的界面函數(shù)服務(wù)，有些則可為所有函數(shù)使用;有些工具函數(shù)為特定的界面函數(shù)調(diào)用，有些工具函數(shù)則可被所有的界面函數(shù)調(diào)用。

到此還沒有結(jié)束，上面只考慮了主進(jìn)程，而中斷也會開辟一條進(jìn)程，這個進(jìn)程中也可能會有類似主進(jìn)程的結(jié)構(gòu),雖然在實際使用中單片機(jī)中斷程序一般比較簡單，不會有太復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因為中斷處理程序退出后，里面的局部變量不會想主進(jìn)程那樣被保存下來，中斷處理程序只能靠全局變量進(jìn)行記憶。However，中斷處理程序毫無疑問地可以使用上面定義的所有全局變量和函數(shù)。

在這里我想說的是，當(dāng)一個進(jìn)程調(diào)用另一個進(jìn)程會使用的函數(shù)(函數(shù)A)時一定要小心，因為這個進(jìn)程是由中斷開辟的(至少在單片機(jī)里面是)，而這個中斷可能正是從將要調(diào)用的函數(shù)A中跳出來的，即使不是從即將調(diào)用的函數(shù)A中跳出(假設(shè)從函數(shù)B中跳出)，也可能函數(shù)A會調(diào)用函數(shù)B。

這些都會導(dǎo)致單片機(jī)死機(jī)的，編譯時也應(yīng)該會有警告的。

總結(jié)一下，這篇文章主要想說如下內(nèi)容：

整個主進(jìn)程的框架是由“界面函數(shù)”和一些關(guān)鍵的全局變量構(gòu)成的。有其它的變量和函數(shù)為它們服務(wù)，有些變量和函數(shù)是為了輔助某一個界面函數(shù)完成特殊功能，其它函數(shù)一般不會用到;也有些變量和函數(shù)位全局服務(wù)的，完成一些通用的功能。

除主進(jìn)程外，由中斷開辟的另一道進(jìn)程也可能會有為自己服務(wù)的變量和函數(shù)，當(dāng)然也可以調(diào)用主進(jìn)程中的變量和函數(shù)，利用他們?yōu)樽约悍��?wù)，或者用于跟主進(jìn)程通信。而在中斷進(jìn)程調(diào)用主進(jìn)程的函數(shù)時一定要注意一個原則：不要讓調(diào)用的函數(shù)調(diào)用到被中斷的函數(shù)。必要時可以為中斷進(jìn)程單獨寫一個服務(wù)函數(shù)，函數(shù)內(nèi)容可能跟主進(jìn)程中的某個函數(shù)一模一樣，但這樣可以避免上述問題。