前言

前不久，我有位做测试的朋友转去做开发的工作，面试遇到了一个问题，他没明白，打电话问了我。题目大概就是：

在单片机裸机开发时，单片机要处理多个任务，此时你的程序框架是怎样的呢？

这其实是个经典面试问题，我以前面试也被问过。

答案一：轮询系统

代码结构如：

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int main(void)
: \% z  C, O# b) q* [4 b{
6 w) v" y' N. n6 ] init_something();

7 ?2 b+ R: R& {8 r while(1)
- o$ Z% F3 {7 F2 s. n9 p" ]! X {
  do_something1();
2 t0 V# H8 L: z( j% k        do_something2();
        do_something3();
0 @2 R- T' E% S; c$ l }
}
3 J0 B& E6 u' C# g

这种结构大概是我们初学单片机的时候的代码结构。在没有外部事件驱动时，可以较好使用。

只答出了这种情况，印象分估计会比较低，多半凉凉。

答案二：前后台系统

代码结构如（该代码来自 《RT-Thread内核实现与应用开发实践指南》 ）：

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int flag1 = 0;
4 M8 _! Y' p2 e' M2 o6 Hint flag2 = 0;
- z9 ]. Q2 `, aint flag3 = 0;

int main(void)
{
4 N- U' O% T, d- { /* 硬件相关初始化 */
9 q+ l4 j: @& f3 u HardWareInit();

/* 无限循环 */
for (;;) {
+ b) v2 _4 c0 H! {   if (flag1) {
4 N2 S8 o4 j8 Y& z2 X     /* 处理事情 1 */
     DoSomething1();
5 Q+ Z+ @: ?. C; T. b7 G9 ^! z   }
0 G+ w( q" X/ S: [# ~3 D" {. I; N2 L
   if (flag2) {
3 a2 b) p* x& k- [% z# k5 ?     /* 处理事情 2 */
     DoSomethingg2();
   }

   if (flag3) {
  x  ?3 j* `$ x. V( _     /* 处理事情 3 */
     DoSomethingg3();
* I% D5 R8 \# O4 V8 S6 R+ N& ?% b2 T   }
7 i( @5 U9 B* O8 r$ M0 c }
}
+ t7 Z( M" h* A& t
void ISR1(void)
- \" ~0 p& G) g/ B( L* l( U{
/* 置位标志位 */
- p. q, W$ @7 {" X5 ^- [! a! ~ flag1 = 1;
2 o! R5 n& ^5 T  y! D /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
6 z4 }8 r7 C0 b( n" m0 o4 v& S/ ?0 | 如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */
DoSomething1();
4 O& G2 Z# @8 P1 {& A}
2 v( K$ b7 x/ Y
$ e6 ^% U" o* O$ U( j2 ivoid ISR2(void)
{
. x% b! _9 b2 y /* 置位标志位 */
6 q5 s1 d0 N' E+ ?' t& T! Z flag2 = 2;
9 V8 S* a, Q! O4 h8 s
/* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */
$ A* Y, W+ w* M0 ^" a DoSomething2();
}

void ISR3(void)
{
/* 置位标志位 */
flag3 = 1;
/* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
1 g! W/ |7 ~, O# c, d2 ]1 | 如果事件处理时间比较长，在回到后台处理 */
DoSomething3();
" r. G; g# `( e6 }2 l}
4 u$ W% W+ \, }& M$ W

此处，中断称为前台，main中的while循环称为后台。相比于循环系统，这种方式相对可以提高外部事件的实时响应能力。

可以回答出这种情况，印象分大概一半以上，会再细问。

答案三：升级版前后台系统（软件定时器法）

以前，学C语言时，常常听到有人说：指针是C语言的灵魂，没学会指针就是没学会C语言。。

后来，学单片机时，又听到有人说：中断和定时器是单片机的灵魂，没掌握中断与定时器就没学会单片机。。

大佬们都那么说了，那就拿定时器来搞点事情。定时器浑身都是宝，本篇笔记我们来介绍使用定时器（系统滴答定时器或者其它定时器）来做的裸机框架。软件定时器法也有另一种说法：时间片轮询法。

可以回答出这种情况，这场面试多半稳了。

下面以STM32单片机为例看看这种方法的使用。

站在巨人的肩膀上

开源项目—— MultiTimer ，项目仓库地址：

http://github.com/0x1abin/MultiTimer

1、MultiTimer 简介

MultiTimer 是一个软件定时器扩展模块，可无限扩展你所需的定时器任务，取代传统的标志位判断方式， 更优雅更便捷地管理程序的时间触发时序。

2、MultiTimer 的demo

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#include "multi_timer.h"
5 ?$ d( }6 u$ w4 x7 O% C2 r/ `/ H( `
, C( R( g" M' X+ H/ f2 j3 ~struct Timer timer1;
struct Timer timer2;
& p  J6 K' Z0 m2 x0 z8 j4 p5 c
void timer1_callback()
, Z* c+ `. i$ b8 u& t{
& U. X  n6 B& F: S" i. A6 \    printf("timer1 timeout!\r\n");
' i5 Z) Y& R' l- G4 S}

void timer2_callback()
{
. \# o8 a( Y+ S( o8 O- k* W/ P    printf("timer2 timeout!\r\n");
  B4 }; g+ f% d" y' q/ r) T}

int main()
$ {* W+ y( }: Z: V5 Q5 F0 J{
) m" c9 `4 J9 N' [& r; |    timer_init(&timer1, timer1_callback, 1000, 1000); //1s loop
$ f3 _5 S: W$ ^/ t( h    timer_start(&timer1);
   
    timer_init(&timer2, timer2_callback, 50, 0); //50ms delay
% D. z; O5 v6 v- G; L2 E1 h/ H    timer_start(&timer2);
. V& w4 x" O0 @) n' Q   
    while(1) {
        
% u  e$ G% c- B, S6 h3 I* h" T+ b        timer_loop();
    }
}
' G6 g+ w8 `" L( }) C/ x
9 T0 x' v5 d) r1 J* D, \4 Uvoid HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
* i. v  w# \4 L2 w' V: n$ Z    timer_ticks(); //1ms ticks
}
" m$ s3 `. ^: x2 \) _- c7 z$ j3、MultiTimer 的移植、剖析

想要对MultiTimer 进行深入学习可阅读项目源码及如下这篇文章：

第6期 | MultiTimer，一款可无限扩展的软件定时器
% J9 H# l* i, x8 F. l3 J" P

自己动手，丰衣足食1、代码模板

准备一个定时器，可以是系统滴答定时器，也可以是TIM定时器，使用这个定时器拓展出多个软件定时器。

比如我们系统中有三个任务：LED翻转、温度采集、温度显示。此时我们可以使用一个硬件定时器拓展出3个软件定时器，定义如下宏定义：

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#define  MAX_TIMER            3            // 最大定时器个数
- C; S* s7 D" WEXT volatile unsigned long    g_Timer1[MAX_TIMER];
#define  LedTimer             g_Timer1[0]  // LED翻转定时器
6 v, L; B, v/ U  `. W5 ?% p#define  GetTemperatureTimer  g_Timer1[1]  // 温度采集定时器
+ [. a9 O0 `( n2 N7 @  }#define  SendToLcdTimer       g_Timer1[2]  // 温度显示定时器
6 t6 Z; ^# s" L. L( K  m4 K2 |. T
% _" e7 {6 ^' y* N#define  TIMER1_SEC        (1)              // 秒
1 w" J% |9 H" t0 e  c0 o! V* v) Q6 H  p3 B#define  TIMER1_MIN        (TIMER1_SEC*60)  // 分
# m3 F$ f2 f3 _7 u# ]

. i/ }4 |; b9 C) e" J# K" \

在定时器初始化的时候也顺便给三个软件定时器进行初始化操作：

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/********************************************************************************************************
** 函数: TIM1_Init, 通用定时器1初始化
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
** 参数: arr：自动重装值 psc：时钟预分频数
** 说明: 定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft
  r- T# T4 Y2 o- S. v& `** 返回: void
********************************************************************************************************/
! T1 o7 ]6 P9 \* Wvoid TIM1_Init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
* T4 [. d& ~5 o8 t* W! s( Q    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
; T# h) x+ r: C3 ]/ |% W0 I
/* 定时器TIM1初始化 */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;
* S# Z5 E; ^' h- c# i/ ]4 d: _$ w TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
  E& D$ ?7 n+ w- U/ I$ `4 ~8 n% o/ z TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0;
% y- J8 \0 B) l; F8 R6 s TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
* x; h3 u, `0 X0 x4 d% }# L& O# }  TIM_ClearFlag(TIM1,TIM_FLAG_Update );
( A; n, `0 b7 h/ ]8 K
$ r. V4 U7 P) z1 T( U; l6 h1 S /* 中断使能 */
TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_Update, ENABLE );
5 t! V0 K- t! H. W" |% {
; S% m3 l. g" r /* 中断优先级NVIC设置 */
( r1 m9 B) a' R- O' V, x    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  TIM1_UP_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;  
7 h- G, U# a8 P5 o7 K NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  H' {6 y( T* V7 L NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
  B  m& V5 E$ q4 x! a TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  
+ t2 }" r% @% i   
* w: y% M( v& T // 全局定时器初始化
for(int i = 0; i < MAX_TIMER; i++)
2 n- a4 b. F# a$ k6 N! Q {
2 _# @. N7 e6 [; \  g_Timer1 = 0;   
}
/ p4 ], ?0 Y" y* D5 G1 m}
  x8 K. g# ^- [3 K3 c5 B( d1 j

在定时器中断中对这些软件定时器进行定时值做递减操作：

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/********************************************************************************************************
** 函数: TIM1_IRQHandler,  定时器1中断服务程序
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
** 参数: 无
** 返回: 无
********************************************************************************************************/
0 z& \; x: O1 q6 T. a+ F+ l7 j0 V9 avoid TIM1_UP_IRQHandler(void)   //TIM1中断
2 v1 \4 U7 R0 ]' L3 B8 L- L{
2 i, C: G) c7 {/ c1 t uint8 i;

0 v' D, N7 s) S5 a1 s if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_Update) != RESET)  // 检查TIM1更新中断发生与否
" c6 A2 ?1 _* k2 k' c {
+ O- ~$ s* J9 S( U  //-------------------------------------------------------------------------------
  // 各种定时间器计时
  for (i = 0; i < MAX_TIMER; i++)     // 定时时间递减     
# X7 Z) {$ K+ V3 ^   if( g_Timer1 ) g_Timer1-- ;
  TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_Update);     //清除TIMx更新中断标志
! S# u3 {& N9 j1 ^/ M$ v! I }
}

5 R# b5 Q1 o0 d

我们在各个定时任务中给这些软件定时器赋予定时值，这些定时值递减到0则该任务会被触发执行，比如：

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void Task_Led(void)
4 E( U7 X; f' T- a8 h# U, u{
# N* c. m8 S: O //----------------------------------------------------------------
// 等待定时时间
if(LedTimer) return;
LedTimer = 1 * TIMER1_SEC;
//----------------------------------------------------------------
1 p0 J& p1 I( e+ ?4 x5 K8 }& X // LED任务主体
LedToggle();
4 L* Q' P& a2 M  X}

7 ]/ A# a4 [7 j* _5 Z; o! pvoid Task_GetTemperature(void)
{
# r8 |' b: @; B1 o //----------------------------------------------------------------
' l; X- {! x( |* h6 m: V+ [ // 等待定时时间
7 i# @* P! c+ O* i7 [5 I- P if(LedTimer) return;
LedTimer = 2 * TIMER1_SEC;
//----------------------------------------------------------------
+ g5 g% t# n9 D2 | // 温度采集任务主体
GetTemperature();
! s8 A, M+ C. E" o( U}

void Task_SendToLcd(void)
{
; q, e; m# I  |5 H8 Y //----------------------------------------------------------------
. Y; r3 y" d9 J( H6 Q5 c( F // 等待定时时间
+ u4 Q, ?' x& I" X# @ if(LedTimer) return;
2 R' E; p4 `' G6 ~ LedTimer = 2 * TIMER1_SEC;
; T6 }. {0 W; ^& D# M //----------------------------------------------------------------
// 温度显示任务主体
+ [: v" f$ b+ ^( i6 D LcdDisplay();
& F9 w! [* A& F}

/ v/ c; K+ I' R! `3 s0 Z1 N  f# {

如此一来，每过1、2、4秒则分别触发LED翻转任务、温度采集任务、温度显示任务。

这里配置的最小定时单位为1秒，当然根据实际需要进行配置（定时器初始化），定时器初始化可以放在系统统一初始化函数里：

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/********************************************************************************************************
** 函数: SysInit, 系统上电初始化
7 e" t1 q' P( D. u% v! A**------------------------------------------------------------------------------------------------------
** 参数:
** 说明:
** 返回:
********************************************************************************************************/
, w/ c+ H0 _" ~- c8 i: E) L- svoid SysInit(void)
( a! U  F; ?5 F" }7 s9 }{
CpuInit();                  // 配置系统信息函数
: o9 t! t, @3 Q3 t$ T4 ~% W SysTickInit();              // 系统滴答定时器初始化函数
' U# w' r% @) C% E3 [$ f' n UsartInit(115200);          // 串口初始化函数，波特率115200
TIM1_Init(2000-1, 36000-1); // 定时周期1s
LedInit();                  // Led初始化
TemperatureInit();          // 温度传感器初始化
LcdInit();                  // LCD初始化
}
9 n, W( k4 h) _. t9 X$ o# c/ a5 c* E

8 X# i* w8 d) q# O; G- m7 Q  M

此时我们的main函数就可以设计为：

int main(void)
{
8 Z2 L0 B* i  R2 |% ^9 }2 K( P7 s# { //-----------------------------------------------------------------------------------------------
$ c8 y) Y) `2 x' F: \! x // 上电初始化函数
SysInit();

; u" u6 E4 l% o1 a3 ?) W //-----------------------------------------------------------------------------------------------
& ^7 a* G9 p7 I // 主程序
while (1)
( o- o4 A* _8 B0 T( u {
6 S$ Y2 `9 ?* v& M! a' H( d  //-----------------------------------------------------------------------------------------------
  // 定时任务
  Task_Led();
! J7 d- a0 t  [  Task_GetTemperature();
; R) p/ S; |7 D  w  Task_SendToLcd();
}
}

主函数主要是进行系统上电的一些初始化操作，接着是调用各定时任务函数。

本demo使用定时器1来扩展出3个软件定时器，如果TIM资源不够用，可以换用系统滴答定时器来做。如：

其中，时间基数可以根据实际需要进行调整。

2、实践（代入法）

套用以上模板，分享我的一个实例：

需要思考及注意的问题是给每个任务的定时值设置多大合适？这也是一些朋友有疑问的，这只能是自己对自己的任务做考虑，具体情况具体分析，给经验值、调试调整。

就如同常常有人问定义多大的数组合适？在使用RTOS时每个线程的线程栈大小设置多大合适、优先级设置为多少合适？这些都是需要我们自己进行思考的。

有模板/轮子套用是好事，但有些问题不能单单依靠模板，否则有可能把自己给套进去。

以上是以STM32为例的，其它单片机也是可以用这样子的思想的，包括51单片机。

面对文首提到的面试问题，若是可以提到使用软件定时器来处理，进一步能清楚地表达出来，再进一步能写出一些伪代码，那这场面试多半是稳了。

不仅仅是为了面试，本文的方法是很经典的，小编曾经接触的产品项目中就有用到，很实用，值得学习掌握。方法掌握多了，实际应用的时候想用屠龙刀还是倚天剑根据实际情况选择使用即可。

以上就是本次的分享，如有错误，欢迎指出，谢谢。

假如你已經使用 RTOS (答案2) , 那一切不就更有效率 ,  也比自己用 第3方法 timer管理 , 更好一 些