占用式和非占用式程序結(jié)構(gòu)分析
最近剛把 DYS388 項(xiàng)目了結(jié)，期間寫(xiě)了不少程序，寫(xiě)著寫(xiě)著想到了一下東西，于是總結(jié)了一下。
一、什么是占用式程序
一個(gè)進(jìn)程在一個(gè)時(shí)刻只能處理一個(gè)任務(wù)。
每個(gè)任務(wù)是為了完成一個(gè)功能，如果這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是一直占用進(jìn)程處理資源的話，就稱(chēng)這個(gè)任務(wù)函數(shù)是占用式程序結(jié)構(gòu)。
最常見(jiàn)的占用式程序結(jié)構(gòu)就是延時(shí)函數(shù)了，比如我最常用的5ms延時(shí)函數(shù)
void delay5(unsigned char n)
{
unsigned int i;
for(;n>0;n--)
for(i=4700;i>0;i--); //12MHz，1T
}
在完成5ms功能過(guò)程中是一直占用調(diào)用它的進(jìn)程處理資源的，在此期間不能進(jìn)行其它任務(wù)。
還有一個(gè)很常見(jiàn)的占用式程序——數(shù)碼管掃描，不過(guò)在這里我不舉數(shù)碼管掃描的例子，而舉這次在DYS388中使用的8*8彩色點(diǎn)陣屏的掃描程序：
void refresh7()
{
unsigned char r;
for(r=0;r<8;r++)< p="">
{
//掃描紅色
DPw = ~(0x01<
DPr = ~vm7r[r];//送入R燈IO接口顯示
DELAY7 (light7);//顯示時(shí)間長(zhǎng)度
DPw=0xff;
DPr=0xff;
DPg=0xff;
DPb=0xff;
DELAY7 (32-light7);//滅燈時(shí)間長(zhǎng)度
//為了簡(jiǎn)潔，這里把綠色和藍(lán)色的掃描程序省略，它們的結(jié)構(gòu)和紅色掃描是一樣的
}
}
這個(gè)函數(shù)是7色模式下的屏幕掃描程序，調(diào)用一次此函數(shù)會(huì)把整個(gè)屏幕掃描一遍。
r代表行數(shù)，r循環(huán)8次代表屏幕的8個(gè)行;在每次循環(huán)里，先導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的行和需點(diǎn)亮的燈，然后延時(shí)light7個(gè)單位，再關(guān)閉所有顯示，再延時(shí)32-light7個(gè)單位。
二、占用式程序的缺點(diǎn)
占用式程序最大的缺點(diǎn)就是執(zhí)行時(shí)間太長(zhǎng)，耽誤對(duì)其它任務(wù)的響應(yīng)。另外就是資源浪費(fèi)，很多時(shí)間浪費(fèi)在執(zhí)行中的延時(shí)上。
當(dāng)然，可以在這些占用式程序中嵌入其它代碼以及時(shí)處理其它任務(wù)，但是這樣會(huì)造成程序結(jié)構(gòu)混亂，嵌入的其它代碼還會(huì)影響本程序的執(zhí)行。如果嵌入的代碼功能簡(jiǎn)單還好，如果功能復(fù)雜，尤其是當(dāng)嵌入的代碼也是占用式的，就會(huì)嚴(yán)重影響程序執(zhí)行速度。
三、對(duì)占用式程序的改造
在此以DYS388的掃描程序?yàn)槔?，?duì)其進(jìn)行改造。
首先，每次調(diào)用就掃描8行，耗時(shí)太長(zhǎng)，現(xiàn)將其改成每次掃描一行：
void refresh7()
{
static unsigned char r=0;
//掃描紅色
DPw = ~(0x01<
DPr = ~vm7r[r];//送入R燈IO接口顯示
DELAY7 (light7);//顯示時(shí)間長(zhǎng)度
DPw=0xff;
DPr=0xff;
DPg=0xff;
DPb=0xff;
DELAY7 (32-light7);//滅燈時(shí)間長(zhǎng)度
//為了簡(jiǎn)潔，這里把綠色和藍(lán)色的掃描程序省略，它們的結(jié)構(gòu)和紅色掃描是一樣的
r++;
if(r==8)
r=0;
}
用一個(gè)靜態(tài)變量r來(lái)記憶行數(shù)，這樣每次調(diào)用此函數(shù)只需掃描一行，執(zhí)行速度是原來(lái)的8倍，可以比較快地響應(yīng)其它任務(wù)了。
但是這樣還不夠，每次掃描都會(huì)掃描三種顏色，時(shí)間還是有點(diǎn)長(zhǎng)，下面再次改造，改為每次只掃描一種顏色：
void refresh7()
{
static unsigned char r=0;
static unsigned char flagrgb=0; //當(dāng)前需要點(diǎn)亮的顏色，0-R,1-G,2-B
flagrgb++;
if(flagrgb==3) //說(shuō)明三種顏色都掃描完了
{
flagrgb=0; //從紅色開(kāi)始掃描
r++; //開(kāi)始掃描下一行
if(r==8) //如果發(fā)現(xiàn)行都掃描結(jié)束則從第行開(kāi)始掃描
r=0;
}
switch(flagrgb)
{
case 0: //掃描紅色
DPw = ~(0x01<
DPr = ~vm7r[r];//送入R燈IO接口顯示
DELAY7 (light7);//顯示時(shí)間長(zhǎng)度
DPw=0xff;
DPr=0xff;
DPg=0xff;
DPb=0xff;
DELAY7 (32-light7);//滅燈時(shí)間長(zhǎng)度
break;
case 1: //掃描綠色
//省略代碼
break;
case 2: //掃描藍(lán)色
//省略代碼
break;
}
}
改造完成之后，執(zhí)行時(shí)間再次縮短，變成了剛才的1/3。
這下還沒(méi)完，我們發(fā)現(xiàn)每次掃描中都有延時(shí)，延時(shí)過(guò)程中什么也不做，這是極大的浪費(fèi)，我們需要再此改造，把延時(shí)去掉：[!--empirenews.page--]
void refresh7()
{
static unsigned char r=0;
static unsigned char flagrgb=0; //當(dāng)前需要點(diǎn)亮的顏色，0-R,1-G,2-B
static unsigned char num=0;
num++;
if(num==32)
{
num=0;
flagrgb++;
if(flagrgb==3) //說(shuō)明三種顏色都掃描完了
{
flagrgb=0; //從紅色開(kāi)始掃描
r++; //開(kāi)始掃描下一行
if(r==8) //如果發(fā)現(xiàn)行都掃描結(jié)束則從第行開(kāi)始掃描
r=0;
}
}
if(num
{
switch(flagrgb)
{
case 0: //掃描紅色
DPw = ~(0x01<
DPr = ~vm7r[r];//送入R燈IO接口顯示
break;
case 1: //掃描綠色
DPw = ~(0x01<
DPg = ~vm7g[r];
break;
case 2: //掃描藍(lán)色
DPw = ~(0x01<
DPb = ~vm7b[r];
break;
}
}
else //說(shuō)明不需要點(diǎn)亮
{
DPw=0xff;
DPr=0xff;
DPg=0xff;
DPb=0xff;
}
}
現(xiàn)在，這個(gè)函數(shù)中沒(méi)有任何延時(shí)和循環(huán)，執(zhí)行所消耗的時(shí)間是非常少的，可以很快地響應(yīng)響應(yīng)其它任務(wù)。
四、改造的本質(zhì)
上面我們對(duì)DYS388的掃描程序進(jìn)行了“三大改造”，分別是：1、各個(gè)行掃描的分離;2、各個(gè)顏色掃描的分離;3、延時(shí)函數(shù)的消除。
這些改造的本質(zhì)都是對(duì)原程序的分割，把一大坨程序分成多個(gè)步驟分別執(zhí)行，以減小耗時(shí)，提高對(duì)外部的響應(yīng)速度。
但就整個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行來(lái)看，有效代碼的比例是降低的，包括上面“三大改造”的第三點(diǎn) 延時(shí)函數(shù)的消除，看上去是消除了延時(shí)函數(shù)，提高了執(zhí)行效率，但從“掃描一次整屏”這個(gè)任務(wù)來(lái)看，其執(zhí)行的代碼量反而是增加的。(但并不是所有的改造都一定會(huì)使效率降低，有些改造確實(shí)可以達(dá)到“消除延時(shí)函數(shù)”的目的)
那為什么還要對(duì)其進(jìn)行改造呢，見(jiàn)下節(jié)分析。
五、非占用式程序結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
1、非占用式程序相比于占用式程序，增加了一定的代碼，雖然會(huì)使整體效率降低，但是提高了各個(gè)任務(wù)之間的切換速度，可以對(duì)各個(gè)任務(wù)都能很快地響應(yīng)。這點(diǎn)類(lèi)似于操作系統(tǒng)，雖然降低了效率，但是各個(gè)任務(wù)間的快速切換可以達(dá)到各個(gè)任務(wù)“并行處理”的效果，光是這點(diǎn)的好處就已經(jīng)很大了。
2、非占用式程序結(jié)構(gòu)可以放進(jìn)定時(shí)器
之前寫(xiě)過(guò)一片《單片機(jī)用定時(shí)器分配任務(wù)程序結(jié)構(gòu)總結(jié)》已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用定時(shí)器分配任務(wù)的好處，有些簡(jiǎn)短的代碼可以直接放進(jìn)定時(shí)器里。
在改造之前的掃描程序是不適合放在定時(shí)器中斷處理程序里執(zhí)行的，因?yàn)樘L(zhǎng)，可能還沒(méi)執(zhí)行完就來(lái)了下一個(gè)中斷。就算勉強(qiáng)執(zhí)行完了，留給主進(jìn)程處理其它事情的時(shí)間也不多了。
而改為非占用式之后，可以在中斷處理程序里直接調(diào)用掃描程序，它會(huì)很快地執(zhí)行完，然后有充足的時(shí)間留給其他任務(wù)。
3、非占用式程序并不是一定會(huì)降低效率。
先拿“三大改造”的第三點(diǎn)說(shuō)明，它雖然形式上消除了延時(shí)函數(shù)，但是每次調(diào)用此函數(shù)時(shí)對(duì)num變量的處理，以及有其產(chǎn)生的相關(guān)判斷語(yǔ)句，總的代碼量比原來(lái)的要多。
但是，這真的就僅僅是這樣了嗎?改造之前的函數(shù)，執(zhí)行玩退出之后所有的led全是熄滅的，只有在此函數(shù)執(zhí)行過(guò)程中(延時(shí)階段)才會(huì)點(diǎn)亮(傳統(tǒng)數(shù)碼管掃描亦是如此)。
而改造之后的函數(shù)，它的功能就是指定一下每個(gè)燈的亮滅，然后立馬退出，在執(zhí)行其它任務(wù)的過(guò)程中該點(diǎn)亮的燈是在點(diǎn)亮的狀態(tài)。這樣就提高了整體的亮度，在執(zhí)行其他任務(wù)的過(guò)程中，從某種意義上說(shuō)也是在執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)。
這可能還不能太清楚地說(shuō)明問(wèn)題，下面我要再舉一例，傳統(tǒng)的按鍵掃描一般是這樣：
if(key==0) //key是某個(gè)引腳
{
delay5(1);
if(key==0) //確認(rèn)按鍵已按下
{
//do something
}
}
這段代碼也是很浪費(fèi)時(shí)間的，中間有個(gè)5ms延時(shí)拜拜浪費(fèi)。
通過(guò)對(duì)它改造之后，結(jié)合定時(shí)器，可以幾乎完全地把這5ms時(shí)間省出來(lái)：
static unsigned char keylast; //保存上次的按鍵值
if(key==0 && keylast==1) //檢測(cè)到一個(gè)下降沿
{
//do something
}
keylast=key;
結(jié)合定時(shí)器進(jìn)行改造，是真的可以把占用式函數(shù)的延時(shí)時(shí)間節(jié)省出來(lái)的。
六、非占用式程序的一般結(jié)構(gòu)
非占用式程序?qū)⒄加檬匠绦蚍指顖?zhí)行，需要用到靜態(tài)變量對(duì)當(dāng)前步驟進(jìn)行記憶，其一般結(jié)構(gòu)如下：
邏輯變量計(jì)算就是根據(jù)任務(wù)功能構(gòu)建出一個(gè)合理的邏輯結(jié)構(gòu)。
對(duì)邏輯變量的響應(yīng)就是對(duì)構(gòu)建好的邏輯結(jié)構(gòu)的結(jié)果的響應(yīng)和執(zhí)行。
七、結(jié)論
最近開(kāi)發(fā) DYS388 寫(xiě)了不少程序，以前在寫(xiě)程序的過(guò)程中就隱約發(fā)現(xiàn)了所謂占用式和非占用式程序結(jié)構(gòu)的區(qū)別，程序?qū)懚嗔丝隙馨l(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但是如果不停下來(lái)總結(jié)，而是一味的開(kāi)發(fā)，那是不會(huì)有進(jìn)步的。
組織龐大的程序需要正確的理論指導(dǎo)，學(xué)習(xí)很多的知識(shí)也需要進(jìn)行總結(jié)。知識(shí)點(diǎn)太多不可能學(xué)完，只有將他們提升到理論層次，將這種思維方式刻在腦子里才能靈活地運(yùn)用，并從容地接受新的知識(shí)。
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