淺析嵌入式編程上下文切換及完美解耦的一種方法

上下文快速切換 - cpost應(yīng)用

我們通常認(rèn)為，在中斷中，不能執(zhí)行耗時的操作，否則會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，尤其對于嵌入式編程。對于帶操作系統(tǒng)的程序而言，可以通過操作系統(tǒng)的調(diào)度，將中斷處理分成兩個部分，耗時的操作可以放到線程中去執(zhí)行，但是對于沒有操作系統(tǒng)的情況，又應(yīng)該如何處理呢

比較常見的，我們可能會定義一些全局變量，作為flag，然后在mainloop中不停的判斷這些flag，再在中斷中修改這些flag，最后在mainloop中執(zhí)行具體的邏輯，但是這樣，無疑會增加耦合，增加程序維護(hù)成本。

cpost

cpost正是應(yīng)用在這種情況下的一個簡單但又十分方便的工具，它可以特別方便的進(jìn)行上下文的切換，減少模塊耦合。

cpost鏈接：

?

https://github.com/NevermindZZT/cpost

?

cpost借鑒的Android的handler機(jī)制，通過在mainloop中跑一個任務(wù)，然后在其他地方，可以是中斷，也可以是模塊邏輯中，直接拋出需要執(zhí)行的函數(shù)，使其脫離調(diào)用處的上下文，運(yùn)行在mainloop中。cpost還支持延遲處理，可以指定函數(shù)在拋出后多久執(zhí)行

使用

cpost的使用十分簡單，這里以使用在嵌入式無操作系統(tǒng)中為例，主要用作中斷延遲處理的情況

1、配置系統(tǒng)tick

配置cpost.h中的宏CPOST_GET_TICK()，配置成獲取系統(tǒng)tick，以stm32 hal為例

#defineCPOST_GET_TICK()HAL_GetTick()

2、配置處理進(jìn)程

在mainloop調(diào)用cpostProcess函數(shù)

intmain(void)
{
...
while(1)
{
cpostProcess();
}
return0;
}

3、拋出任務(wù)

在中斷等需要進(jìn)行上下文切換的地方調(diào)用cpsot接口，使其在mainloop中運(yùn)行

cpost(intHandler);

原理解析

cpost的原理其實(shí)很簡單，其代碼量也十分少，總共加起來就只有幾十行代碼，cpost維護(hù)了一個而全局的數(shù)組

CpostHandlercposhHandlers[CPOST_MAX_HANDLER_SIZE]={0};

其中，數(shù)組的每一個元素表示包含了需要執(zhí)行的函數(shù)和參數(shù)，當(dāng)調(diào)用cpost接口時，被post的函數(shù)和參數(shù)會被保存在這個數(shù)組中，然后mainloop中運(yùn)行的cpostProcess函數(shù)會遍歷這個數(shù)組，當(dāng)滿足條件時，執(zhí)行對應(yīng)的函數(shù)，從而達(dá)到上下文切換的目的

voidcpostProcess(void)
{
for(size_ti=0;iif(cposhHandlers[i].handler)
{
if(cposhHandlers[i].time==0||CPOST_GET_TICK()>=cposhHandlers[i].time)
{
cposhHandlers[i].handler(cposhHandlers[i].param);
cposhHandlers[i].handler=NULL;
}
}
}
}

其實(shí)，cpost的方式，和一開始提到的使用全局的flag進(jìn)行上下文切換的方法很像，只不過，cpost通過一個數(shù)組的維護(hù)和直接post函數(shù)的方式，省去了維護(hù)flag的成本，也不需要將需要執(zhí)行的函數(shù)耦合到mianloop中，從而變得簡單易用。

完美解耦 - cevent應(yīng)用

對于模塊化編程來說，如何實(shí)現(xiàn)各模塊間的解耦一直是一個比較令人頭疼的問題，特別是對于嵌入式編程，由于控制邏輯復(fù)雜，并且對程序體積有控制，經(jīng)常容易寫出各獨(dú)立模塊之間相互調(diào)用的問題。由此，cpost中的cevent組件，通過模仿Android系統(tǒng)中的廣播機(jī)制，提供了一種非常簡單的模塊間解耦實(shí)現(xiàn)。

原理

cevent借鑒的是Android系統(tǒng)的廣播機(jī)制，一方面，各模塊在工作的時候，都會有多個具體的事件點(diǎn)，在高耦合的編程中，可能會在這些地方調(diào)用其他模塊的功能，比如說，在通信模塊接收到指令的時候，需要閃爍一下指示燈。

使用cevent，我們可以在這些地方拋出一個事件，當(dāng)前模塊不需要關(guān)心在這各地方需要執(zhí)行哪些其他模塊的邏輯，由其他模塊，或者用戶定義一個事件監(jiān)聽，當(dāng)具體的事件發(fā)生時，執(zhí)行相應(yīng)的動作。

使用

cevent使用注冊的方式監(jiān)聽事件，會依賴于編譯環(huán)境，目前支持keil，iar，和gcc，對于gcc，需要修改鏈接文件(.ld)，在只讀數(shù)據(jù)區(qū)添加：

_cevent_start=.;
KEEP(*(cEvent))
_cevent_end=.;

1、初始化cevent

系統(tǒng)初始化時，調(diào)用ceventInit

ceventInit();

2、注冊cevent事件監(jiān)聽

在c文件中，調(diào)用CEVENT_EXPORT導(dǎo)出事件監(jiān)聽

CEVENT_EXPORT(0,handler,(void*)param);

3、發(fā)送cevent事件

在事件發(fā)生的地方，調(diào)用ceventPost拋出事件

ceventPost(0);

使用cevent解耦模塊初始化

嵌入式編程中，我們習(xí)慣會在程序啟動的時候，調(diào)用各個模塊的初始化函數(shù)，其實(shí)這也是一種耦合，會造成main函數(shù)中出現(xiàn)很長的初始化代碼，借助cevent，我們可以對初始化進(jìn)行優(yōu)化解耦。

1、定義初始化事件

定義初始化事件的值，對于初始化，有些模塊可能會依賴于其他模塊的初始化，會有一個先后順序要求，所以這里我們可以把初始化分成兩個階段，定義兩個事件，當(dāng)然，如果有更復(fù)雜的要求，可以再多分幾個階段，只需要多定義幾個事件就行

#defineEVENT_INIT_STAGE10
#defineEVENT_INIT_STAGE21

2、初始化cevent，拋出事件

在main函數(shù)中初始化cevent，并拋出初始化事件

intmain(void)
{
...
ceventInit();

ceventPost(EVENT_INIT_STAGE1);
ceventPost(EVENT_INIT_STAGE2);
...
return0;
}

3、注冊事件監(jiān)聽

對所有需要初始化的函數(shù)注冊事件監(jiān)聽，這里我以對letter-shell注冊事件監(jiān)聽為例，分為兩個部分，初始化串口和初始化shell。

在serial模塊中，將串口初始化注冊到初始化第一階段，cevent支持將不大于7個的參數(shù)直接傳遞到注冊的監(jiān)聽函數(shù)中，下面的注冊方式，相當(dāng)于在EVENT_INIT_STAGE1事件發(fā)生的地方，也就是main函數(shù)中對應(yīng)的位置，調(diào)用serialInit(&debugSerial)

CEVENT_EXPORT(EVENT_INIT_STAGE1,serialInit,(void*)(&debugSerial));

然后再shell模塊中，將shell初始化函數(shù)注冊到初始化第二階段。

CEVENT_EXPORT(EVENT_INIT_STAGE1,shellInit);

使用cevent解耦mainloop

再無操作系統(tǒng)的嵌入式編程中，我們?nèi)绻瑫r希望運(yùn)行多個模塊的邏輯，通常是在mainloop中循環(huán)調(diào)用，這種將函數(shù)寫入mainloop的做法，也會增加耦合

intmain(void)
{
...

while(1)
{
//寫在mainloop中的模塊邏輯
shellTask(&shell);
LedProcess();
...
}
return0;
}

通過使用cevent，也可以很方便的消除這種耦合

1、定義mainloop事件

定義mainloop事件的值

#defineEVENT_MAIN_LOOP3

2、在mainloop中拋出事件

去掉mainloop中對其他模塊的調(diào)用，改為排除mainloop事件

intmain(void)
{
...

while(1)
{
ceventPost(EVENT_MAIN_LOOP);
}
return0;
}

3、在各模塊中注冊事件監(jiān)聽

分別在各個模塊中，注冊對mainloop事件的監(jiān)聽

CEVENT_EXPORT(EVENT_MAIN_LOOP,shellTask,(void*)(&shell));

CEVENT_EXPORT(EVENT_MAIN_LOOP,LedProcess);

結(jié)語

cevent是一個非常小的模塊，本身代碼及其簡單，但是，通過模仿廣播機(jī)制，讓cevent可以發(fā)揮很強(qiáng)大的功能，通過，還可以結(jié)合cpost，實(shí)現(xiàn)延遲事件等功能。