单片机设计新思路：把主程序放入中断如何？
mcu由于内部资源的限制，软件设计有其特殊性，程序一般没有复杂的算法以及数据结构，代码量也不大，通常不会使用os (operating system),因为对于一个只有若干k rom,一百多byte ram的mcu来说，一个简单os也会吃掉大部分的资源。
对于无os的系统，流行的设计是主程序(主循环) +（定时）中断，这种结构虽然符合自然想法，不过却有很多不利之处，首先是中断可以在主程序的任何地方发生，随意打断主程序。其次主程序与中断之间的耦合性（关联度）较大，这种做法使得主程序与中断缠绕在一起，必须仔细处理以防不测。
那么换一种思路，如果把主程序全部放入（定时）中断中会怎么样？这么做至少可以立即看到几个好处:系统可以处于低功耗的休眠状态，将由中断唤醒进入主程序;如果程序跑飞，则中断可以拉回；没有了主从之分（其他中断另计），程序易于模块化。
(题外话：这种方法就不会有何处喂狗的说法，也没有中断是否应该尽可能的简短的争论了)
为了把主程序全部放入（定时）中断中，必须把程序化分成一个个的模块，即任务，每个任务完成一个特定的功能，例如扫描键盘并检测按键。设定一个合理的时基(tick),例如5, 10或20 ms,每次定时中断，把所有任务执行一遍，为减少复杂性，一般不做动态调度（最多使用固定数组以简化设计，做动态调度就接近os了），这实际上是一种无优先级时间片轮循的变种。来看看主程序的构成：
void main()
{
….// initialize
while (true) {
idle；//sleep
}
}
这里的idle是一条sleep指令，让mcu进入低功耗模式。中断程序的构成
void timer_interrupt()
{
settimer();
resetstack();
enable_timer_interrupt;
….
进入中断后，首先重置timer,这主要针对8051, 8051自动重装分频器只有8-bit,难以做到长时间定时；复位stack，即把stack指针赋值为栈顶或栈底（对于pic，ti dsp等使用循环栈的mcu来说，则无此必要），用以表示与过去决裂，而且不准备返回到中断点，保证不会保留程序在跑飞时stack中的遗体。enable_timer_interrupt也主要是针对8051。8051由于中断控制较弱，只有两级中断优先级，而且使用了如果中断程序不用reti返回，则不能响应同级中断这种偷懒方法，所以对于8051,必须调用一次reti来开放中断：
_enable_timer_interrupt:
acall_reti
_reti:reti
下面就是任务的执行了，这里有几种方法。第一种是采用固定顺序，由于mcu程序复杂度不高，多数情况下可以采用这种方法：
…
enable_timer_interrupt;
processkey();
runtask2();
…
runtaskn();
while (1) idle；
可以看到中断把所有任务调用一遍，至于任务是否需要运行，由程序员自己控制。另一种做法是通过函数指针数组：
#define countofarray(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))
typedef void (*functionptr)();
const functionptr[] tasks = {
processkey,
runtask2，
…
runtaskn
};
void timer_interrupt()
{
settimer();
resetstack();
enable_timer_interrupt;
for (i=0; i
(*tasks[i])();
while (1) idle；
}
使用const是让数组内容位于code segment（rom)而非data segment (ram)中，8051中使用code作为const的替代品。
(题外话：关于函数指针赋值时是否需要取地址操作符&的问题，与数组名一样，取决于compiler.对于熟悉汇编的人来说，函数名和数组名都是常数地址，无需也不能取地址。对于不熟悉汇编的人来说，用&取地址是理所当然的事情。visual c++ 2005对此两者都支持)
这种方法在汇编下表现为散转,一个小技巧是利用stack获取跳转表入口:
mova, state
acallmultijump
ajmpstate0
ajmpstate1
...
multijump:
popdph
popdpl
rla
jmp@a+dptr
还有一种方法是把函数指针数组（动态数组，链表更好，不过在mcu中不适用）放在data segment中，便于修改函数指针以运行不同的任务，这已经接近于动态调度了：
functionptr[countoftasks] tasks;
tasks[0] = processkey;
tasks[0] = runtaskm;
tasks[0] = null;
...
functionptr pfunc;
for (i=0; i< countoftasks; i++){
pfunc = tasks[i]);
if (pfunc != null)
(*pfunc)();
}
通过上面的手段，一个中断驱动的框架形成了，下面的事情就是保证每个tick内所有任务的运行时间总和不能超过一个tick的时间。为了做到这一点，必须把每个任务切分成一个个的时间片，每个tick内运行一片。这里引入了状态机(state machine)来实现切分。关于state machine,很多书中都有介绍，这里就不多说了。
(题外话：实践升华出理论，理论再作用于实践。我很长时间不知道我一直沿用的方法就是state machine，直到学习uml/c++，书中介绍tachniques for identifying dynamic behvior，方才豁然开朗。功夫在诗外，掌握c++,甚至c# java,对理解嵌入式程序设计，会有莫大的帮助)
状态机的程序实现相当简单，第一种方法是用swich-case实现：
void runtaskn()
{
switch (state) {
case 0: state0(); break; case 1: state1(); break;
…
case m: statem(); break;
default:
state = 0;
}
}
另一种方法还是用更通用简洁的函数指针数组：
const functionptr[] states = { state0, state1, …, statem };
void runtaskn()
{
(*states[state])();
}
下面是state machine控制的例子：
void state0() { }
void state1() { state++; }//next state;
void state2() { state+=2; }//go to state 4;
void state3() { state--; }//go to previous state;
void state4() { delay = 100; state++; }
void state5() { delay--; if (delay <= 0) state++; }//delay 100*tick
void state6() { state=0; }//go to the first state
一个小技巧是把第一个状态state0设置为空状态，即：
void state0() { }
这样，state =0可以让整个task停止运行，如果需要投入运行，简单的让state = 1即可。
以下是一个键盘扫描的例子，这里假设tick = 20 ms, scankeyboard()函数控制口线的输出扫描，并检测输入转换为键码，利用每个state之间20 ms的间隔去抖动。
enum enumkey {
enumkey_nokey =0,
…
};
struct structkey {
intkeyvalue;
boolkeypressed;
} ;
struct structkeyprocess key;
void processkey() { (*states[state])(); }
void state0() { }
void state1() { key.keypressed = false; state++; }
void state2() { if (scankey() != enumkey_nokey) state++; }//next state if a key pressed
void state3()
{//debouncing state
key.keyvalue = scankey();
if (key.keyvalue == enumkey_nokey)
state--;
else {
key.keypressed = true;
state++;
}
}
void state4() {if (scankey() == enumkey_nokey) state++; }//next state if the key released
void state5() {scankey() == enumkey_nokey? state = 1 : state--; }
上面的键盘处理过程显然比通常使用标志去抖的程序简洁清晰，而且没有软件延时去抖的困扰。以此类推，各个任务都可以划分成一个个的state,每个state实际上占用不多的处理时间。某些任务可以划分成若干个子任务，每个子任务再划分成若干个状态。
(题外话：对于常数类型，建议使用enum分类组织，避免使用大量#define定义常数)
对于一些完全不能分割，必须独占的任务来说，比如我以前一个低成本应用中红外遥控器的软件解码任务，这时只能牺牲其他的任务了。两种做法：一种是关闭中断，完全的独占;
void runtaskn()
{
disable_interrupt;
…
enable_interrupt;
}
第二种，允许定时中断发生，保证某些时基register得以更新;
void timer_interrupt()
{
settimer();
enable_timer_interrupt;
updatetimingregisters();
if (watchdogcounter = 0) {
resetstack();
for (i=0; i
(*tasks[i])();
while (1) idle；
}
else
watchdogcounter--;
}
只要watchdogcounter不为0，那么中断正常返回到中断点，继续执行先前被中断的任务，否则，复位stack,重新进行任务循环。这种状况下，中断处理过程极短，对独占任务的影响也有限。
中断驱动多任务配合状态机的使用，我相信这是mcu下无os系统较好的设计结构。对于绝大多数mcu程序设计来说，可以极大的减轻程序结构的安排，无需过多的考虑各个任务之间的时间安排，而且可以让程序简洁易懂。缺点是，程序员必须花费一定的时间考虑如何切分任务。
下面是一段用c改写的cd player中检测disc是否存在的伪代码，用以展示这种结构的设计技巧，原源代码为z8 mcu汇编,基于sony的dsp, servo and rf处理芯片,通过送出命令字来控制主轴/滑板/聚焦/寻迹电机，并读取状态以及cd的sub q码。这个处理任务只是一个大任务下用state machine切开的一个二级子任务，tick = 20 ms。
state1() { initializemotor(); state++; }
state2() {
if (innerswitch != on) {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorbackward);
timeout = millisecond(10000)；
state++;//滑板电机向内运动,直至触及最内开关。
}
else
state +=2;
}
state3() {
if ((--timeout) == 0) {//note: some c compliers do not support (--timeout) ==
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop)
systemerrorcode = enumerrorcode_innerswitch;
state = 0;// 10 s超时错误，
}
else {
if (innerswitch == on) {
sendcommand(enumcommand _slidingmotorstop)
timeout = millisecond(200);// 200ms电机停止时间
state++;
}
}
}
state4() { if ((--timeout) == 0) state++; }//等待电机完全停止
state5() {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorforward);
timeout = millisecond(2000)；
state++;
}//滑板电机向外运动,脱离inner switch
state6() {
if ((--timeout) == 0) {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop)
systemerrorcode = enumerrorcode_innerswitch;
state = 0;// 2 s超时错误，
}
else {
if (innerswitch == off) {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop)
timeout = millisecond(200);// 200ms电机停止时间
state++;
}
}
}
state7() { state4(); }
state8() { laseron(); state++; retrycounter = 3;}//打开激光器
state9() {
sendcommand(focusup);
state++;
timeout = millisecond(2000)；
}//光头上举，检测聚焦过零3次，判断cd是否存在
state10() {
if (focuscrosszero){
systemstatus.disc = enumstatus_discexist;
sendcommand(enumcommand_autofocuson);//有cd,打开自动聚焦。
state = 0;//本任务结束。
playprocess.state = 1;//启动play任务
}
else if ((--timeout) == 0) {
sendcommand(enumcommand_ focusclose);//光头聚焦复位
if ((--retrycounter) == 0) {
systemstatus.disc = enumstatus_nodisc;//无盘
displayprocess.state = enumdisplaystate_nodisc;//显示闪烁的无盘
laseroff();
state = 0;//任务停止
}
else
state--;//再试
}
}
statestop() {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop);
sendcommand(enumcommand_focusclose);
state = 0;
}
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那么换一种思路，如果把主程序全部放入（定时）中断中会怎么样？这么做至少可以立即看到几个好处:系统可以处于低功耗的休眠状态，将由中断唤醒进入主程序;如果程序跑飞，则中断可以拉回；没有了主从之分（其他中断另计），程序易于模块化。
(题外话：这种方法就不会有何处喂狗的说法，也没有中断是否应该尽可能的简短的争论了)
为了把主程序全部放入（定时）中断中，必须把程序化分成一个个的模块，即任务，每个任务完成一个特定的功能，例如扫描键盘并检测按键。设定一个合理的时基(tick),例如5, 10或20 ms,每次定时中断，把所有任务执行一遍，为减少复杂性，一般不做动态调度（最多使用固定数组以简化设计，做动态调度就接近os了），这实际上是一种无优先级时间片轮循的变种。来看看主程序的构成：
void main()
{
….// initialize
while (true) {
idle；//sleep
}
}
这里的idle是一条sleep指令，让mcu进入低功耗模式。中断程序的构成
void timer_interrupt()
{
settimer();
resetstack();
enable_timer_interrupt;
….
进入中断后，首先重置timer,这主要针对8051, 8051自动重装分频器只有8-bit,难以做到长时间定时；复位stack，即把stack指针赋值为栈顶或栈底（对于pic，ti dsp等使用循环栈的mcu来说，则无此必要），用以表示与过去决裂，而且不准备返回到中断点，保证不会保留程序在跑飞时stack中的遗体。enable_timer_interrupt也主要是针对8051。8051由于中断控制较弱，只有两级中断优先级，而且使用了如果中断程序不用reti返回，则不能响应同级中断这种偷懒方法，所以对于8051,必须调用一次reti来开放中断：
_enable_timer_interrupt:
acall_reti
_reti:reti
下面就是任务的执行了，这里有几种方法。第一种是采用固定顺序，由于mcu程序复杂度不高，多数情况下可以采用这种方法：
…
enable_timer_interrupt;
processkey();
runtask2();
…
runtaskn();
while (1) idle；
可以看到中断把所有任务调用一遍，至于任务是否需要运行，由程序员自己控制。另一种做法是通过函数指针数组：
#define countofarray(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))
typedef void (*functionptr)();
const functionptr[] tasks = {
processkey,
runtask2，
…
runtaskn
};
void timer_interrupt()
{
settimer();
resetstack();
enable_timer_interrupt;
for (i=0; i
while (1) idle；
}
使用const是让数组内容位于code segment（rom)而非data segment (ram)中，8051中使用code作为const的替代品。
(题外话：关于函数指针赋值时是否需要取地址操作符&的问题，与数组名一样，取决于compiler.对于熟悉汇编的人来说，函数名和数组名都是常数地址，无需也不能取地址。对于不熟悉汇编的人来说，用&取地址是理所当然的事情。visual c++ 2005对此两者都支持)
这种方法在汇编下表现为散转,一个小技巧是利用stack获取跳转表入口:
mova, state
acallmultijump
ajmpstate0
ajmpstate1
...
multijump:
popdph
popdpl
rla
jmp@a+dptr
还有一种方法是把函数指针数组（动态数组，链表更好，不过在mcu中不适用）放在data segment中，便于修改函数指针以运行不同的任务，这已经接近于动态调度了：
functionptr[countoftasks] tasks;
tasks[0] = processkey;
tasks[0] = runtaskm;
tasks[0] = null;
...
functionptr pfunc;
for (i=0; i< countoftasks; i++){
pfunc = tasks[i]);
if (pfunc != null)
(*pfunc)();
}
通过上面的手段，一个中断驱动的框架形成了，下面的事情就是保证每个tick内所有任务的运行时间总和不能超过一个tick的时间。为了做到这一点，必须把每个任务切分成一个个的时间片，每个tick内运行一片。这里引入了状态机(state machine)来实现切分。关于state machine,很多书中都有介绍，这里就不多说了。
(题外话：实践升华出理论，理论再作用于实践。我很长时间不知道我一直沿用的方法就是state machine，直到学习uml/c++，书中介绍tachniques for identifying dynamic behvior，方才豁然开朗。功夫在诗外，掌握c++,甚至c# java,对理解嵌入式程序设计，会有莫大的帮助)
状态机的程序实现相当简单，第一种方法是用swich-case实现：
void runtaskn()
{
switch (state) {
case 0: state0(); break; case 1: state1(); break;
…
case m: statem(); break;
default:
state = 0;
}
}
另一种方法还是用更通用简洁的函数指针数组：
const functionptr[] states = { state0, state1, …, statem };
void runtaskn()
{
(*states[state])();
}
下面是state machine控制的例子：
void state0() { }
void state1() { state++; }//next state;
void state2() { state+=2; }//go to state 4;
void state3() { state--; }//go to previous state;
void state4() { delay = 100; state++; }
void state5() { delay--; if (delay <= 0) state++; }//delay 100*tick
void state6() { state=0; }//go to the first state
一个小技巧是把第一个状态state0设置为空状态，即：
void state0() { }
这样，state =0可以让整个task停止运行，如果需要投入运行，简单的让state = 1即可。
以下是一个键盘扫描的例子，这里假设tick = 20 ms, scankeyboard()函数控制口线的输出扫描，并检测输入转换为键码，利用每个state之间20 ms的间隔去抖动。
enum enumkey {
enumkey_nokey =0,
…
};
struct structkey {
intkeyvalue;
boolkeypressed;
} ;
struct structkeyprocess key;
void processkey() { (*states[state])(); }
void state0() { }
void state1() { key.keypressed = false; state++; }
void state2() { if (scankey() != enumkey_nokey) state++; }//next state if a key pressed
void state3()
{//debouncing state
key.keyvalue = scankey();
if (key.keyvalue == enumkey_nokey)
state--;
else {
key.keypressed = true;
state++;
}
}
void state4() {if (scankey() == enumkey_nokey) state++; }//next state if the key released
void state5() {scankey() == enumkey_nokey? state = 1 : state--; }
上面的键盘处理过程显然比通常使用标志去抖的程序简洁清晰，而且没有软件延时去抖的困扰。以此类推，各个任务都可以划分成一个个的state,每个state实际上占用不多的处理时间。某些任务可以划分成若干个子任务，每个子任务再划分成若干个状态。
(题外话：对于常数类型，建议使用enum分类组织，避免使用大量#define定义常数)
对于一些完全不能分割，必须独占的任务来说，比如我以前一个低成本应用中红外遥控器的软件解码任务，这时只能牺牲其他的任务了。两种做法：一种是关闭中断，完全的独占;
void runtaskn()
{
disable_interrupt;
…
enable_interrupt;
}
第二种，允许定时中断发生，保证某些时基register得以更新;
void timer_interrupt()
{
settimer();
enable_timer_interrupt;
updatetimingregisters();
if (watchdogcounter = 0) {
resetstack();
for (i=0; i
while (1) idle；
}
else
watchdogcounter--;
}
只要watchdogcounter不为0，那么中断正常返回到中断点，继续执行先前被中断的任务，否则，复位stack,重新进行任务循环。这种状况下，中断处理过程极短，对独占任务的影响也有限。
中断驱动多任务配合状态机的使用，我相信这是mcu下无os系统较好的设计结构。对于绝大多数mcu程序设计来说，可以极大的减轻程序结构的安排，无需过多的考虑各个任务之间的时间安排，而且可以让程序简洁易懂。缺点是，程序员必须花费一定的时间考虑如何切分任务。
下面是一段用c改写的cd player中检测disc是否存在的伪代码，用以展示这种结构的设计技巧，原源代码为z8 mcu汇编,基于sony的dsp, servo and rf处理芯片,通过送出命令字来控制主轴/滑板/聚焦/寻迹电机，并读取状态以及cd的sub q码。这个处理任务只是一个大任务下用state machine切开的一个二级子任务，tick = 20 ms。
state1() { initializemotor(); state++; }
state2() {
if (innerswitch != on) {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorbackward);
timeout = millisecond(10000)；
state++;//滑板电机向内运动,直至触及最内开关。
}
else
state +=2;
}
state3() {
if ((--timeout) == 0) {//note: some c compliers do not support (--timeout) ==
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop)
systemerrorcode = enumerrorcode_innerswitch;
state = 0;// 10 s超时错误，
}
else {
if (innerswitch == on) {
sendcommand(enumcommand _slidingmotorstop)
timeout = millisecond(200);// 200ms电机停止时间
state++;
}
}
}
state4() { if ((--timeout) == 0) state++; }//等待电机完全停止
state5() {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorforward);
timeout = millisecond(2000)；
state++;
}//滑板电机向外运动,脱离inner switch
state6() {
if ((--timeout) == 0) {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop)
systemerrorcode = enumerrorcode_innerswitch;
state = 0;// 2 s超时错误，
}
else {
if (innerswitch == off) {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop)
timeout = millisecond(200);// 200ms电机停止时间
state++;
}
}
}
state7() { state4(); }
state8() { laseron(); state++; retrycounter = 3;}//打开激光器
state9() {
sendcommand(focusup);
state++;
timeout = millisecond(2000)；
}//光头上举，检测聚焦过零3次，判断cd是否存在
state10() {
if (focuscrosszero){
systemstatus.disc = enumstatus_discexist;
sendcommand(enumcommand_autofocuson);//有cd,打开自动聚焦。
state = 0;//本任务结束。
playprocess.state = 1;//启动play任务
}
else if ((--timeout) == 0) {
sendcommand(enumcommand_ focusclose);//光头聚焦复位
if ((--retrycounter) == 0) {
systemstatus.disc = enumstatus_nodisc;//无盘
displayprocess.state = enumdisplaystate_nodisc;//显示闪烁的无盘
laseroff();
state = 0;//任务停止
}
else
state--;//再试
}
}
statestop() {
sendcommand(enumcommand_slidingmotorstop);
sendcommand(enumcommand_focusclose);
state = 0;
}
何去何从，飞进寒冬的无人机
实测：第三方适配器难以让苹果MagSafe发挥最大效率
电流互感器变比计算和选择
如何进行TDD信号分析？
自动激光锡焊机与人工焊锡质量对比
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