孔憲青

（威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海264200）

0 引言

用C 語言在Keil 軟件上進(jìn)行單片機(jī)程序的編譯是比較有代表性的。并且隨著單片機(jī)小系統(tǒng)控制模塊越來越多，發(fā)展出了模塊化程序結(jié)構(gòu)。但不可避免的是，單片機(jī)控制的模塊越多，模塊間數(shù)據(jù)交換和函數(shù)的相互調(diào)用也越復(fù)雜。傳統(tǒng)上的main 主函數(shù)所在文件是所以模塊調(diào)用和數(shù)據(jù)匯總的集中區(qū)域，同時(shí)main 主函數(shù)的while(1)循環(huán)要對總線模塊進(jìn)行多任務(wù)的時(shí)序分配，本文通過附加一個(gè)模塊化程序Assistant.c 文件使時(shí)序分配和模塊管理分離，使之各自獨(dú)立化，提高了程序的條理和可讀性，并使改錯(cuò)和程序擴(kuò)展進(jìn)一步簡化。

1 KeilC51 模塊化程序簡介

傳統(tǒng)的KeilC51 模塊化程序就是有一個(gè)main.c 文件和若干子模塊構(gòu)成。而其中子模塊由一組*.c 和*.h 共同構(gòu)成。Main.c 文件調(diào)用各自子模塊的頭文件，而子模塊頭文件里帶有可外部調(diào)用的函數(shù)和數(shù)據(jù)。這樣通過頭文件建立和主函數(shù)文件的溝通橋梁，事實(shí)上也是唯一的一個(gè)橋梁。結(jié)構(gòu)見圖一，程序構(gòu)成如下：

#include "h_a.h" ......

void main(void){ while(1){//模塊時(shí)序分配} }

#ifndef _H_A_H_ #define _H_A_H_

//模塊函數(shù)的外調(diào)函數(shù)

#endif

各子模塊滿足的條件是：

（1）硬件驅(qū)動(dòng)模塊，一種特定硬件對應(yīng)一個(gè)模塊（圖中以h 開頭的模塊）；

（2）軟件功能模塊，其模塊的劃分應(yīng)滿足低偶合、高內(nèi)聚[1]的要求（圖中以s 開頭的模塊）。

主函數(shù)和子模塊頭文件的結(jié)構(gòu)類似于圖一中右側(cè)程序。

子函數(shù)的.c 文件的結(jié)構(gòu)是和mian.c 主函數(shù)文件是一致的，注意要把自身頭文件包含進(jìn)去。除了外調(diào)的函數(shù)外，包括全局常變量部分，所有函數(shù)都要用static 靜態(tài)關(guān)鍵字封閉函數(shù)本體。這樣才能滿足高內(nèi)聚和獨(dú)立化的要求，下面通過Ds1302 模塊說明的聲明形式：

可以看出需要外調(diào)的都是不帶static 關(guān)鍵字的，內(nèi)聚函數(shù)都是靜態(tài)的，這樣也可以避免不同模塊的函數(shù)同名問題。

2 通過節(jié)拍實(shí)現(xiàn)對模塊的并行時(shí)序分配

Main.c 文件內(nèi)部while(1){……}循環(huán)體內(nèi)要進(jìn)行模塊的時(shí)序分配，我個(gè)人的解決方式是通過節(jié)拍控制來管理。具體是采用一個(gè)定時(shí)器來產(chǎn)生節(jié)拍，例如AT89S52 的16 位T2 定時(shí)器，方式是設(shè)置T2 為自動(dòng)重裝，然后每50ms 產(chǎn)生一個(gè)節(jié)拍。這樣在程序的前臺(tái)[2]總有一個(gè)節(jié)拍來控制模塊的啟停。下面是程序段：

（1）定義節(jié)拍

char g_Beat[6]=0； //全局節(jié)拍的個(gè)數(shù)由并行模塊的數(shù)量決定

（2）設(shè)置節(jié)拍

（3）中斷方式激活節(jié)拍

（4）調(diào)用節(jié)拍控制并行模塊

while(1)

{if(g_Beat[1]＞=10){g_Beat[1]=0；NecKey()； } //模塊一0.5 秒執(zhí)行一次

if(g_Beat[2]＞=20){g_Beat[2]=0；CalendarShow()； } //模塊二1 秒執(zhí)行一次

if(g_Beat[3]＞=30){g_Beat[3]=0；TimeDot()； } //模塊三1.5 秒執(zhí)行一次

if(g_Beat[4]＞=50){g_Beat[4]=0；Ds18b20TempN5110()；} } //模 塊 四2.5 秒執(zhí)行一次

節(jié)拍控制是占用一個(gè)定時(shí)器且利用中斷產(chǎn)生的節(jié)拍，因此把節(jié)拍設(shè)置的長一些比較好，例如50ms，同時(shí)定時(shí)器也設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)。通過節(jié)拍main 函數(shù)的并行模式不是一個(gè)真正的并行序列，因?yàn)閱纹瑱C(jī)指令的執(zhí)行微觀上是串行的，只有FPGA 這種器件才能實(shí)現(xiàn)真正的并行。但是宏觀上節(jié)拍的引入，使模塊的發(fā)生僅僅出現(xiàn)在時(shí)間軸的若干點(diǎn)上，這樣模塊的執(zhí)行就相似于并行序列，而且時(shí)鐘越快，這種串行模擬越能逼近并行的工作模式。

3 模塊化程序的優(yōu)化

優(yōu)化是因?yàn)?，main 主函數(shù)要把所有采集回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行時(shí)序分配，這些任務(wù)對于模塊較少時(shí)候可以，但是模塊多于6 個(gè)以上后，這種控制變得的極其繁瑣。例如做一個(gè)萬年歷的小系統(tǒng)，內(nèi)部使用了h_N5110.c（顯示）、h_Ds18b20.c（溫度）、h_Ds1302.c（時(shí) 間/日歷）、h_Isd1420.c(放音)、s_IrNecRxd（設(shè)置通訊）、s_ChinaLunar.h （陽陰歷轉(zhuǎn)換）共6 個(gè)模塊。其中軟件模塊和硬件模塊都有，并且相互調(diào)用時(shí)候數(shù)據(jù)交互復(fù)雜，如N5110 模塊中顯示字符串這個(gè)函數(shù)就要被不同模塊中的很多函數(shù)調(diào)用。

優(yōu)化的方式是建立一個(gè)Assistant.c 模塊，稱為主函數(shù)的助手模塊。這個(gè)模塊的主要任務(wù)就是把所有子模塊的外出數(shù)據(jù)和外調(diào)函數(shù)都集中到本模塊內(nèi)，在這里進(jìn)行匯總材料和組成被主函數(shù)main 調(diào)用的純函數(shù)（即輸入輸出都是void 的函數(shù)）。假設(shè)子模塊是把原料合成半成品的加工廠，那么Assistant 模塊就是把半成品組裝成商品的組裝廠，而main 函數(shù)就是使用這些商品的客戶，而客戶的唯一任務(wù)就是使用這些商品并分配利益即分配多任務(wù)下的總線時(shí)間，具體程序優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)見圖1。

Assistant 模塊對于子模塊來說其實(shí)是個(gè)管理者。它管理和接受各個(gè)子模塊部門的數(shù)據(jù)和函數(shù)。這里注意一點(diǎn)就是子模塊的外調(diào)函數(shù)也是純函數(shù)，它們使用時(shí)不調(diào)用任何非自身模塊的數(shù)據(jù)和函數(shù)，即使模塊內(nèi)部需要相同的某個(gè)函數(shù)例如延時(shí)，也應(yīng)該設(shè)置成靜態(tài)函數(shù)。總之，子模塊是非常純粹的數(shù)據(jù)和函數(shù)包體。

而Assistant 和main 主函數(shù)的關(guān)系更像主管和秘書，它最后形成的函數(shù)必須是輸入輸出都是void 的函數(shù)，這樣才能斷開main 和子模塊的所有聯(lián)系。Assistant 模塊是一個(gè)承上啟下的一個(gè)模塊，通過它把子模塊的若干問題解決后，提供個(gè)main 若干單一純粹的函數(shù)。Assistant 的出現(xiàn)使并行模塊的時(shí)間分配和數(shù)據(jù)處理分離開來。使時(shí)序的問題和函數(shù)的問題解耦并各自獨(dú)立化。

4 結(jié)束語

子模塊構(gòu)建要求它不能外調(diào)其他模塊的函數(shù)，完全靠自身的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)基本驅(qū)動(dòng)的功能。如果模塊內(nèi)部需要調(diào)用來自外部的值，應(yīng)該設(shè)置成入口參數(shù)形式和返回值形式，不能把外部輸入量直接寫入函數(shù)內(nèi)部。只有子模塊內(nèi)部有中斷并且在中斷中產(chǎn)生了數(shù)值才允許使用extern 輸入輸出中間值。Assistant 是個(gè)混合模塊，事實(shí)上它是所有模塊中最復(fù)雜的，在這個(gè)模塊中有大量的全局變量和常量，它的目標(biāo)就是組合子模塊各種資源并形成純void 函數(shù)給main 調(diào)用。換句話說，優(yōu)化模塊化程序設(shè)計(jì)KeilC51，集中的任務(wù)就是如何寫Assistant。Main 函數(shù)的唯一任務(wù)就是通過節(jié)拍控制Assistant 提供的函數(shù)以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行運(yùn)行，高效率的完成總線周期。

本文從KeilC51 的模塊化程序出發(fā)，介紹了在多模塊下如何組織和優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)方法。其中要點(diǎn)是建立Asssitant 模塊使多種模塊的功能單一化。這種組織形式為類似的程序處理提供了參考。

［1］[美]Michael J.Pont.C 語言嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[M].中國電力出版社,2003-12-01.

［2］侯殿有.基于八位單片機(jī)的C 語言程序設(shè)計(jì)[M].北京大學(xué)出版社,2012-09-01