多任务机制在单片机系统中的应用

　　传统的单片机系统监控程序通常是基于单任务机制的。这种机制具有简单直观，易于控制的优点。然而由于程序只能按单一的线索顺序执行，缺乏灵活性，在复杂系统中难以胜任。为了在更广泛的领域应用单片机系统，必须对传统的单任务机制进行改进。

　　多任务机制是现代操作系统才具有的突出优点。在这种机制下，CPU的运行时间被划分为许多小的时间片，由某种调度算法按不同优先级别分配给不同的应用程序。多个应用程序分别在自已的时间片内访问CPU，从而造成微观上轮流运行，宏观上并发运行的多任务效果。

　　在单片机系统中引入多任务机制，可以有效改善程序结构，满足复杂系统的要求。任何多任务本质上都借助于中断机制。通用单片机中都允许使用中断，从而保证了在单片机系统中实现多任务的切实可行。而单片机运算能力的有限要求多任务调度算法必须简洁。

　　1　两种机制的比较

　　一个典型的单片机监控系统通常包括输入、输出控制，数据处理，显示以及键盘管理。在传统的单任务机制下，程序采用循环方式，其流程图如图1所示。

　　由流程可知，在单任务机制下，各功能模块按固定顺序构成一个整体，作为一个任务得到执行。而在实际应用中，各个模块要求的执行频率往往不一致，如输入采样频率可能要求很高，而单位时间内键盘扫描的次数则相对较少，系统这种复杂的定时要求在单任务机制下难以满足。另外在这种结构下程序一旦建立，各模块的执行顺序即已固定，对于需在运行时动态改变执行结构的系统，程序需用许多条件判断和分枝转移语句进行控制，增加了程序的复杂性。程序作为一个整体而存在可读性和可维护性很差，调试不便，对已有程序进行扩充，也需先了解整个程序结构，增加了扩充难度。

　　考虑到单片机完成的系统功能往往可以分解为若干相对独立的模块，我们可以将这些模块理解为子任务，并引进多任务机制进行管理，从而形成一种崭新的程序结构。其示意图如图2所示。

　　在这种结构下，各功能模块由系统调度程序启动执行完毕后返回系统调度程序，彼此处于等同地位，其执行顺序也比较灵活，且可在程序运行过程中动态地改变执行结构。各子任务的执行频率要求表现为它们的优先级，优先级越高的子任务单位时间内执行次数越多，从而其执行频率越高。各子任务在自已的时间片内运行，通过合理设计时间片大小和各任务的优先级，可以自然地满足系统内各种复杂的定时要求。

　　在多任务结构下程序的调试与维护也变得容易。程序以分立模块形式存在，各模块间功能独立，相互影响小，可以方便地单独调试，并寻找问题所在。对程序的扩充更为方便，不用更改原有结构，只需增加要扩充的部分即可。