在工作中經過摸索實驗，總結出單片機大致應用程序的架構有三種：
1. 簡單的前后台順序執行程序，這類寫法是大多數人使用的方法，不需用思考程序的具體架構，直接通過執行順序編寫應用程序即可。
2. 時間片輪詢法，此方法是介於順序執行與操作系統之間的一種方法。
3. 操作系統，此法應該是應用程序編寫的最高境界。
下面就分別談談這三種方法的利弊和適應范圍等。
一、順序執行法
這種方法，這應用程序比較簡單，實時性，並行性要求不太高的情況下是不錯的方法，程序設計簡單，思路比較清晰。但是當應用程序比較復雜的時候，如果沒有一個完整的流程圖，恐怕別人很難看懂程序的運行狀態，而且隨着程序功能的增加，編寫應用程序的工程師的大腦也開始混亂。即不利於升級維護，也不利於代碼優化。本人寫個幾個比較復雜一點的應用程序，剛開始就是使用此法，最終雖然能夠實現功能，但是自己的思維一直處於混亂狀態。導致程序一直不能讓自己滿意。
這種方法大多數人都會采用，而且我們接受的教育也基本都是使用此法。對於我們這些基本沒有學習過數據結構，程序架構的單片機工程師來說，無疑很難在應用程序的設計上有一個很大的提高，也導致了不同工程師編寫的應用程序很難相互利於和學習。
前后台系統：這樣的程序包括一個死循環和若干個中斷服務程序：
應用程序是一個無限循環，循環中調用API函數完成所需的操作，這個大循環就叫做后台系統。
中斷服務程序用於處理系統的異步事件，也就是前台系統。前台是中斷級，后台是任務級。
弊端：假設當前有模塊1,2,3。假設來了中斷需要處理模塊3，如果模塊3的處理是最緊迫的，但是當前cpu 只運行到模塊1， 這樣的話，必須還要承受模塊2的運行時間延遲，才能輪到模塊3的處理，當模塊越多的時候很可能情況更糟糕。單個循環要解決此類問題的話，只能在中斷里面去處理緊急事件，這樣會造成中斷執行太長，造成多層的中斷嵌套，最終可能導致中斷棧空間爆掉。更重要的是：不是所有的中斷都是緊急的重要的，很可能各個要處理的模塊優先級要大於不緊急的中斷處理。這樣造成的后果是不但各個模塊間不能相互通訊，而且實時模塊完全得不到處理，在一個中大型軟件項目中，采用此類方法可以說是一種管理的災難。
本人建議，如果喜歡使用此法的網友，如果編寫比較復雜的應用程序，一定要先理清頭腦，設計好完整的流程圖再編寫程序，否則后果很嚴重。當然應該程序本身很簡單，此法還是一個非常必須的選擇。
下面就寫一個順序執行的程序模型，方便和下面兩種方法對比：
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : main() 3 * Description : 主函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 8 int main(void) 9 { 10 uint8 keyValue; 11 12 InitSys(); // 初始化 13 14 while (1) 15 { 16 TaskDisplayClock(); 17 keyValue = TaskKeySan(); 18 switch (keyValue) 19 { 20 case x: TaskDispStatus(); break; 21 ... 22 default: break; 23 } 24 } 25 }
二、時間片輪詢法
時間片輪詢法，在很多書籍中有提到，而且有很多時候都是與操作系統一起出現，也就是說很多時候是操作系統中使用了這一方法。不過我們這里要說的這個時間片輪詢法並不是掛在操作系統下，而是在前后台程序中使用此法。也是本貼要詳細說明和介紹的方法。
對於時間片輪詢法，雖然有不少書籍都有介紹，但大多說得並不系統，只是提提概念而已。下面本人將詳細介紹這種模式，並參考別人的代碼建立的一個時間片輪詢架構程序的方法，我想將給初學者有一定的借鑒性。
在這里我們先介紹一下定時器的復用功能
使用1個定時器，可以是任意的定時器，這里不做特殊說明，下面假設有3個任務，那么我們應該做如下工作：
1. 初始化定時器，這里假設定時器的定時中斷為1ms(當然你可以改成10ms，這個和操作系統一樣，中斷過於頻繁效率就低，中斷太長，實時性差)。
2. 定義一個數值：
1 #define TASK_NUM (3) // 這里定義的任務數為3，表示有三個任務會使用此定時器定時。 2 3 uint16 TaskCount[TASK_NUM] ; // 這里為三個任務定義三個變量來存放定時值 4 uint8 TaskMark[TASK_NUM]; // 同樣對應三個標志位，為0表示時間沒到，為1表示定時時間到。
3. 在定時器中斷服務函數中添加：
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TimerInterrupt() 3 * Description : 定時中斷服務函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TimerInterrupt(void) 8 { 9 uint8 i; 10 11 for (i=0; i<TASKS_NUM; i++) 12 { 13 if (TaskCount[i]) 14 { 15 TaskCount[i]--; 16 if (TaskCount[i] == 0) 17 { 18 TaskMark[i] = 0x01; 19 } 20 } 21 } 22 }
代碼解釋：定時中斷服務函數，在中斷中逐個判斷，如果定時值為0了，表示沒有使用此定時器或此定時器已經完成定時，不着處理。否則定時器減一，知道為零時，相應標志位值1，表示此任務的定時值到了。
4. 在我們的應用程序中，在需要的應用定時的地方添加如下代碼，下面就以任務1為例：
1 TaskCount[0] = 20; // 延時20ms 2 TaskMark[0] = 0x00; // 啟動此任務的定時器
到此我們只需要在任務中判斷TaskMark[0] 是否為0x01即可。其他任務添加相同，至此一個定時器的復用問題就實現了。用需要的朋友可以試試，效果不錯哦。。。。。。。。。。。
通過上面對1個定時器的復用我們可以看出，在等待一個定時的到來的同時我們可以循環判斷標志位，同時也可以去執行其他函數。
循環判斷標志位：
那么我們可以想想，如果循環判斷標志位，是不是就和上面介紹的順序執行程序是一樣的呢？一個大循環，只是這個延時比普通的for循環精確一些，可以實現精確延時。
執行其他函數：
那么如果我們在一個函數延時的時候去執行其他函數，充分利用CPU時間，是不是和操作系統有些類似了呢？但是操作系統的任務管理和切換是非常復雜的。下面我們就將利用此方法架構一直新的應用程序。
時間片輪詢法的架構：
1.設計一個結構體：
1 // 任務結構 2 typedef struct _TASK_COMPONENTS 3 { 4 uint8 Run; // 程序運行標記：0-不運行，1運行 5 uint8 Timer; // 計時器 6 uint8 ItvTime; // 任務運行間隔時間 7 void (*TaskHook)(void); // 要運行的任務函數 8 } TASK_COMPONENTS; // 任務定義
這個結構體的設計非常重要，一個用4個參數，注釋說的非常詳細，這里不在描述。
2. 任務運行標志出來，此函數就相當於中斷服務函數，需要在定時器的中斷服務函數中調用此函數，這里獨立出來，並於移植和理解。
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TaskRemarks() 3 * Description : 任務標志處理 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TaskRemarks(void) 8 { 9 uint8 i; 10 for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐個任務時間處理 11 { 12 if (TaskComps[i].Timer) // 時間不為0 13 { 14 TaskComps[i].Timer--; // 減去一個節拍 15 if (TaskComps[i].Timer == 0) // 時間減完了 16 { 17 TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime; // 恢復計時器值，從新下一次 18 TaskComps[i].Run = 1; // 任務可以運行 19 } 20 } 21 } 22 }
大家認真對比一下次函數，和上面定時復用的函數是不是一樣的呢？
3. 任務處理：
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TaskProcess() 3 * Description : 任務處理 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TaskProcess(void) 8 { 9 uint8 i; 10 for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐個任務時間處理 11 { 12 if (TaskComps[i].Run) // 時間不為0 13 { 14 TaskComps[i].TaskHook(); // 運行任務 15 TaskComps[i].Run = 0; // 標志清0 16 } 17 } 18 }
此函數就是判斷什么時候該執行那一個任務了，實現任務的管理操作，應用者只需要在main()函數中調用此函數就可以了，並不需要去分別調用和處理任務函數。
到此，一個時間片輪詢應用程序的架構就建好了，大家看看是不是非常簡單呢？此架構只需要兩個函數，一個結構體，為了應用方面下面將再建立一個枚舉型變量。
下面就說說怎樣應用吧，假設我們有三個任務：時鍾顯示，按鍵掃描，和工作狀態顯示。
1. 定義一個上面定義的那種結構體變量：
1 /************************************************************************************** 2 * Variable definition 3 **************************************************************************************/ 4 static TASK_COMPONENTS TaskComps[] = 5 { 6 {0, 60, 60, TaskDisplayClock}, // 顯示時鍾 7 {0, 20, 20, TaskKeySan}, // 按鍵掃描 8 {0, 30, 30, TaskDispStatus}, // 顯示工作狀態 9 // 這里添加你的任務。。。。 10 };
在定義變量時，我們已經初始化了值，這些值的初始化，非常重要，跟具體的執行時間優先級等都有關系，這個需要自己掌握。
①大概意思是，我們有三個任務，沒1s執行以下時鍾顯示，因為我們的時鍾最小單位是1s，所以在秒變化后才顯示一次就夠了。
②由於按鍵在按下時會參數抖動，而我們知道一般按鍵的抖動大概是20ms，那么我們在順序執行的函數中一般是延伸20ms，而這里我們每20ms掃描一次，是非常不錯的出來，即達到了消抖的目的，也不會漏掉按鍵輸入。
③為了能夠顯示按鍵后的其他提示和工作界面，我們這里設計每30ms顯示一次，如果你覺得反應慢了，你可以讓這些值小一點。后面的名稱是對應的函數名，你必須在應用程序中編寫這函數名稱和這三個一樣的任務。
2. 任務列表：
1 // 任務清單 2 typedef enum _TASK_LIST 3 { 4 TAST_DISP_CLOCK, // 顯示時鍾 5 TAST_KEY_SAN, // 按鍵掃描 6 TASK_DISP_WS, // 工作狀態顯示 7 // 這里添加你的任務。。。。 8 TASKS_MAX // 總的可供分配的定時任務數目 9 } TASK_LIST;
好好看看，我們這里定義這個任務清單的目的其實就是參數TASKS_MAX的值，其他值是沒有具體的意義的，只是為了清晰的表面任務的關系而已。
3. 編寫任務函數：
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : TaskDisplayClock() 3 * Description : 顯示任務 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 void TaskDisplayClock(void) 8 { 9 10 } 11 /************************************************************************************** 12 * FunctionName : TaskKeySan() 13 * Description : 掃描任務 14 * EntryParameter : None 15 * ReturnValue : None 16 **************************************************************************************/ 17 void TaskKeySan(void) 18 { 19 20 } 21 /************************************************************************************** 22 * FunctionName : TaskDispStatus() 23 * Description : 工作狀態顯示 24 * EntryParameter : None 25 * ReturnValue : None 26 **************************************************************************************/ 27 void TaskDispStatus(void) 28 { 29 30 }
// 這里添加其他任務。。。。。。。。。
現在你就可以根據自己的需要編寫任務了。
4. 主函數：
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : main() 3 * Description : 主函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 int main(void) 8 { 9 InitSys(); // 初始化 10 while (1) 11 { 12 TaskProcess(); // 任務處理 13 } 14 }
到此我們的時間片輪詢這個應用程序的架構就完成了，你只需要在我們提示的地方添加你自己的任務函數就可以了。是不是很簡單啊，有沒有點操作系統的感覺在里面？
不防試試把，看看任務之間是不是相互並不干擾？並行運行呢？當然重要的是，還需要，注意任務之間進行數據傳遞時，需要采用全局變量，除此之外還需要注意划分任務以及任務的執行時間，在編寫任務時，盡量讓任務盡快執行完成。。。。。。。。
三、操作系統
操作系統的本身是一個比較復雜的東西，任務的管理，執行本事並不需要我們去了解。但是光是移植都是一件非常困難的是，雖然有人說過“你如果使用過系統，將不會在去使用前后台程序”。但是真正能使用操作系統的人並不多，不僅是因為系統的使用本身很復雜，而且還需要購買許可證（ucos也不例外，如果商用的話）。
這里本人並不想過多的介紹操作系統本身，因為不是一兩句話能過說明白的，下面列出UCOS下編寫應該程序的模型。大家可以對比一下，這三種方式下的各自的優缺點。
1 /************************************************************************************** 2 * FunctionName : main() 3 * Description : 主函數 4 * EntryParameter : None 5 * ReturnValue : None 6 **************************************************************************************/ 7 int main(void) 8 { 9 OSInit(); // 初始化uCOS-II 10 OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskStart, // 任務指針 11 (void *) 0, // 參數 12 (OS_STK *) &TaskStartStk[TASK_START_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針 13 (INT8U ) TASK_START_PRIO); // 任務優先級 14 OSStart(); // 啟動多任務環境 15 16 return (0); 17 } 18 19 代 碼 20 /************************************************************************************** 21 * FunctionName : TaskStart() 22 * Description : 任務創建，只創建任務，不完成其他工作 23 * EntryParameter : None 24 * ReturnValue : None 25 **************************************************************************************/ 26 void TaskStart(void* p_arg) 27 { 28 OS_CPU_SysTickInit(); // Initialize the SysTick. 29 #if (OS_TASK_STAT_EN > 0) 30 OSStatInit(); // 這東西可以測量CPU使用量 31 #endif 32 OSTaskCreate((void (*) (void *)) TaskLed, // 任務1 33 (void *) 0, // 不帶參數 34 (OS_STK *) &TaskLedStk[TASK_LED_STK_SIZE - 1], // 堆棧指針 35 (INT8U ) TASK_LED_PRIO); // 優先級 36 // Here the task of creating your 37 38 while (1) 39 { 40 OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 100); 41 } 42 }
不難看出，時間片輪詢法優勢還是比較大的，即由順序執行法的優點，也有操作系統的優點。結構清晰，簡單，非常容易理解。