嵌入式开发中的3种程序架构分析

对于单片机程序来说，真正使用架构，考虑架构的并不多，但是随着程序开发的不断增多，架构是非常重要的。

嵌入式软件开发是一门应用广泛且不断发展的技术领域，为了满足不同应用场景的需求，开发人员可以采用多种架构方法。

在本文中，我们将探讨嵌入式软件开发中常用的三种架构：前后台顺序执行法、时间片法和操作系统。

应用程序的架构大致有三种：

1、简单的前后台顺序执行程序，这类写法是大多数人使用的方法，不需用思考程序的具体架构，直接通过执行顺序编写应用程序即可。

2、时间片轮询法，此方法是介于顺序执行与操作系统之间的一种方法。

3、操作系统，此法应该是应用程序编写的最高境界。

详细如下：

01. 前后台顺序执行法

前后台顺序执行法也称为单任务执行法，是最简单、最常见的嵌入式软件架构之一。

在这种架构中，系统按照程序代码的顺序依次执行任务。所有任务都在一个循环中执行，每次只执行其中一个任务，其余任务被挂起。这种架构适用于简单的应用，如传感器数据采集、控制器等。

然而，前后台顺序执行法有一定的局限性。

首先，它无法充分利用处理器资源，因为每次只执行一个任务，其他任务处于挂起状态。其次，任务之间无法灵活共享资源，容易造成资源浪费和效率低下。在一些对实时性要求较高的场景中，这种架构无法满足要求。

02.时间片法

时间片法是一种多任务执行法，它通过为每个任务分配一定的执行时间片，使得所有任务都能够按照一定的时间间隔交替执行。

任务执行的时间片是固定的，当一个任务的时间片用完后，系统切换到下一个任务执行。这种方式使得多个任务能够并行执行，提高了系统的资源利用率和效率。

时间片法适用于中等复杂度的嵌入式系统，可以满足对实时性要求较高的场景。它需要合理设置任务的优先级和时间片大小，以确保重要任务优先执行，并且每个任务都能在适当的时间内完成。

03.操作系统

操作系统是一种更为复杂和强大的嵌入式软件架构。它能够管理和协调多个任务的执行，并提供一系列的系统服务，如任务调度、内存管理、设备驱动、通信机制等。操作系统为开发人员提供了更高层次的抽象，使得软件开发更加灵活、高效。

在操作系统架构下，每个任务都有自己的优先级和状态，操作系统通过任务调度算法决定哪个任务优先执行。任务之间可以共享资源，通过互斥机制来实现对共享资源的访问控制，确保系统稳定和安全。

操作系统适用于复杂度较高、实时性要求严格的嵌入式应用，如智能手机、工业自动化控制系统等。它提供了更大的灵活性和可扩展性，使得开发人员能够更容易地实现复杂的功能和算法。

综上所述，嵌入式软件开发中常用的三种架构分别是前后台顺序执行法、时间片法和操作系统。

选择适合的架构取决于应用的复杂性、实时性要求和资源限制等因素。开发人员需要根据具体情况，灵活选择合适的架构，并结合系统要求进行合理的设计和优化，以确保嵌入式系统的稳定性、可靠性和高效性。

四、总结

从上述的对比中可以看出，时间片轮询法的优势还是比较大的，它既有前后台顺序执行法的优点，也有操作系统的优点。结构清晰，简单，非常容易理解，所以这种是比较常用的单片机设计框架。