在工作中经过摸索实验，总结出单片机大致应用程序的架构有四种：
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.状态机
3. 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。
4. 操作系统，此法应该是应用程序编写的最高境界。
目录
下面就分别谈谈这四种方法的利弊和适应范围等。
一、顺序执行法
这种方法，也叫前后台执行法，通常在main函数中执行主程序，在中断发生后进入中断函数。这应用程序比较简单，实时性，并行性要求不太高的情况下是不错的方法，程序设计简单，思路比较清晰。但是当应用程序比较复杂的时候，如果没有一个完整的流程图，恐怕别人很难看懂程序的运行状态，而且随着程序功能的增加，编写应用程序的工程师的大脑也开始混乱。即不利于升级维护，也不利于代码优化。本人写个几个比较复杂一点的应用程序，刚开始就是使用此法，最终虽然能够实现功能，但是自己的思维一直处于混乱状态。导致程序一直不能让自己满意。
这种方法大多数人都会采用，而且我们接受的教育也基本都是使用此法。对于我们这些基本没有学习过数据结构，程序架构的单片机工程师来说，无疑很难在应用程序的设计上有一个很大的提高，也导致了不同工程师编写的应用程序很难相互利于和学习。
本人建议，如果喜欢使用此法的网友，如果编写比较复杂的应用程序，一定要先理清头脑，设计好完整的流程图再编写程序，否则后果很严重。当然如果产品本身逻辑比较简单，用此方法也可以较好的实现功能
下面就写一个顺序执行的程序模型，方便和下面四种方法对比：
代 码
主程序中进行主要函数的处理，称为前台
/**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
uint8 keyValue;
InitSys(); // 初始化 while (1)
{
TaskDisplayClock();
keyValue = TaskKeySan();
switch (keyValue)
{
case x: TaskDispStatus(); break;
...
default: break;
}
}
} 中断函数执行，称为后台
/****************************************************************************
* @file void USART1_IRQHandler(void)
* @brief 串口1中断服务函数
* @explain
* @parameter 无
* @return 无
****************************************************************************/
void USART1_IRQHandler(void)
{
u8 tem=0;
if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE)!= RESET)
{
tem = USART1->TDR;//先读SR，然后读DR才能清除
tem = USART1->RDR;
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_IDLE);
}
}二、状态机
说到单片机编程，不得不说到状态机，状态机做为软件编程的主要架构已经在各种语言中应用，当然包括C语言，在一个思路清晰而且高效的程序中，必然有状态机的身影浮现。灵活的应用状态机不仅是程序更高效，而且可读性和扩展性也很好。状态无处不在，状态中有状态，只要掌握了这种思维，让它成为您编程中的一种习惯，相信您会受益匪浅。
1、状态机的四个要素
状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。这样的归纳，主要是出于对状态机的内在因果联系的考虑。“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。详解如下：
①现态：是指当前所处的状态。
②条件：又称为“事件”。当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。
③动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。
④次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。
如果我们进一步归纳，把“现态”和“次态”统一起来，而把“动作”忽略(降格处理)，则只剩下两个最关键的要素，即：状态、迁移条件。
状态机的表示要领有许多种，我们可以用文字、图形或表格的形式来表示一个状态机。
举个简单的例子：就按键处理来说，击键动作本身也可以看做一个状态机。一个细小的击键动作包含了：释放、抖动、闭合、抖动和重新释放等状态。当我们打开思路，把状态机作为一种思想导入到程序中去时，就会找到处理疑问的一条有效的捷径。有时候用状态机的思维去思考程序该干什么，比用控制流程的思维去思考，可能会更有效。这样一来状态机便有了更实际的功用。废话不多说，实践才是检验真理的唯一标准。
也许有人觉得状态机把问题复杂化了，其实做过软件设计的人无形之中已经在用状态机，下面就总结介绍几种状态机。
第一种：switch case结构状态机
int main(void)
{
bsp_Init();
g_MainStatus = 0;
while (1)
{
switch (g_MainStatus)
{
case 0:
status_0();
g_MainStatus = 1;
break;
case 1:
status_1();
g_MainStatus = 2;
break;
case 2:
status_2();
g_MainStatus = 1;
break;
}
}
}
static void status_0(void)
{
//执行状态0的初始化
while (1)
{
if(状态满足)
{//如果条件满足则退出该状态
break;
}
}
}
static void status_1(void)
{
//执行状态1的初始化
while (1)
{
if(状态满足)
{//如果条件满足则退出该状态
break;
}
}
}
static void status_2(void)
{
//执行状态2的初始化
while (1)
{
if(状态满足)
{//如果条件满足则退出该状态
break;
}
}
}但这种方式不能很有效预定义所有的状态，也不能把这些状态之间的切换过程合理的定义出来，“状态”本身没有一个合理的定义，几乎是一种面向过程的方式，只过这种方式足够简单，也最容易让人接受，缺点就没有“状态”的定义和指派功能，导致状态的混乱，出现状态处理重复代码，甚至处理不一致的问题，按照OO的观念，状态描述本来就应该是一种实体。
第二种状态机：ifelse语句结构状态机
这种状态机相对灵活一点，但对于一些大的项目，系统软件设计会相对复杂。
以上2种状态机是是大家接触最多的，也是经常用到的，这里不多说了。下面重点谈谈第三种状态机。
第三种状态机：消息触发状态机
该类型的状态机实现方式也是很多的，形态多样，但万变不离其宗的就是状态机的4要素及现态、条件、动作、次态。
下面介绍一种消息触发类型的状态机。
基于消息驱动的状态机机制
原理：一旦有消息触发，系统服务函数立即寻找所在状态的消息与消息处理函数对，找到后执行消息处理函数
步骤：
1.添加消息与消息映射
…
BEGIN_MESSAGE_ MAP(Name,Count) ：状态机名，消息数
ADD_NEW_MSG_ITEM (Msg,OnMsg) ：消息与消息处理函数
END_MESSAGE_MAP：结束
…2.在这里注册
BEGIN_Register_Task：头
...
ADD_Register_Task(Name,Count)：状态机名，消息数
...
END_Register_Task：尾1.划分电子秤状态，完成以上步骤后，完成OnMsg消息处理函数
Void OnMsg(void)
{
…
}说明：以上用宏完成，具体宏是如下定义：
#defineBEGIN_MESSAGE_MAP(Name,Count) constMSG_NODE_TYP MSG_node_Array_##Name[(Count)]={
#define ADD_NEW_MSG_ITEM(Msg,OnMsg) {Msg,OnMsg},
#define END_MESSAGE_MAP };
#define BEGIN_Register_Task const MSG_MAP TaskMap[TotalTask]={
#define ADD_Register_Task(Name,Count) {(MSG_NODE_TYP*)MSG_node_Array_##Name,Count},
#define END_Register_Task };从以上代码可知：
1. 添加消息与消息映射实际上是定义消息与消息处理函数对的数组，以形成一个表
2. 注册状态机实际上是把所有消息对数组的入口定义成一个数组，以形成一个表
消息是如何被执行的？
分发消息
void Default_DisposeMessage(unsigned char *pMsg)
{
unsigned chari;
unsigned charcount=TaskMap[g_Status].cItemCount;//定位到状态表
for(i=0;i<count;i++)
{
if(*pMsg==TaskMap[g_Status].pMsgItems.msg)//看能否匹配消息
{
TaskMap[g_Status].pMsgItems.pMsgFunc();//找到就执行消息处理函数
return;
}
}
}
void DispatchMessage(unsigned char*pMsg)
{
if(*pMsg)
{
Default_DisposeMessage(pMsg);
}
}核心函数：消息处理中心
void Message_Dispose_Central(void)
{
BYTE Msg;
while(GetMessage(&Msg)) //获取消息
{
TranslateMessage(&Msg); //解释消息
DispatchMessage(&Msg); //分发消息
}
}三、时间片轮询法
时间片轮询法，在很多书籍中有提到，而且有很多时候都是与操作系统一起出现，也就是说很多时候是操作系统中使用了这一方法。不过我们这里要说的这个时间片轮询法并不是挂在操作系统下，而是在前后台程序中使用此法。也是本贴要详细说明和介绍的方法。 对于时间片轮询法，虽然有不少书籍都有介绍，但大多说得并不系统，只是提提概念而已。下面本人将详细介绍这种模式，并参考别人的代码建立的一个时间片轮询架构程序的方法，我想将给初学者有一定的借鉴性。
在这里我们先介绍一下定时器的复用功能。 使用1个定时器，可以是任意的定时器，这里不做特殊说明，下面假设有3个任务，那么我们应该做如下工作：
1. 初始化定时器，这里假设定时器的定时中断为1ms(当然你可以改成10ms，这个和操作系统一样，中断过于频繁效率就低，中断太长，实时性差)。
2. 定义一个数值：
代 码
#define TASK_NUM (3) // 这里定义的任务数为3，表示有三个任务会使用此定时器时。
uint16 TaskCount[TASK_NUM] ; // 这里为三个任务定义三个变量来存放定时值
uint8 TaskMark[TASK_NUM]; // 同样对应三个标志位，为0表示时间没到，为1表示定时时间到。 3. 在定时器中断服务函数中添加：
代 码
/**************************************************************************************
* FunctionName : TimerInterrupt()
* Description : 定时中断服务函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TimerInterrupt(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_NUM; i++)
{
if (TaskCount[i])
{
TaskCount[i]--;
if (TaskCount[i] == 0)
{
TaskMark[i] = 0x01;
}
}
}
}代码解释：定时中断服务函数，在中断中逐个判断，如果定时值为0了，表示没有使用此定时器或此定时器已经完成定时，不着处理。否则定时器减一，知道为零时，相应标志位值1，表示此任务的定时值到了。
4. 在我们的应用程序中，在需要的应用定时的地方添加如下代码，下面就以任务1为例：
代 码
TaskCount[0] = 20; // 延时20ms
TaskMark[0] = 0x00; // 启动此任务的定时器 到此我们只需要在任务中判断
TaskMark[0] 是否为0x01即可。其他任务添加相同，至此一个定时器的复用问题就实现了。用需要的朋友可以试试，效果不错哦。。。。。。。。。。。
通过上面对1个定时器的复用我们可以看出，在等待一个定时的到来的同时我们可以循环判断标志位，同时也可以去执行其他函数。
循环判断标志位： 那么我们可以想想，如果循环判断标志位，是不是就和上面介绍的顺序执行程序是一样的呢？一个大循环，只是这个延时比普通的for循环精确一些，可以实现精确延时。
执行其他函数： 那么如果我们在一个函数延时的时候去执行其他函数，充分利用CPU时间，是不是和操作系统有些类似了呢？但是操作系统的任务管理和切换是非常复杂的。下面我们就将利用此方法架构一直新的应用程序。
时间片轮询法的架构：
1.设计一个结构体：
代 码
// 任务结构
typedef struct _TASK_COMPONENTS
{
uint8 Run; // 程序运行标记：0-不运行，1运行
uint8 Timer; // 计时器
uint8 ItvTime; // 任务运行间隔时间
void (*TaskHook)(void); // 要运行的任务函数
} TASK_COMPONENTS; // 任务定义 这个结构体的设计非常重要，一个用4个参数，注释说的非常详细，这里不在描述。 2. 任务运行标志出来，此函数就相当于中断服务函数，需要在定时器的中断服务函数中调用此函数，这里独立出来，并于移植和理解。
代 码
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskRemarks()
* Description : 任务标志处理
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskRemarks(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐个任务时间处理
{
if (TaskComps[i].Timer) // 时间不为0
{
TaskComps[i].Timer--; // 减去一个节拍
if (TaskComps[i].Timer == 0) // 时间减完了
{
TaskComps[i].Timer = TaskComps[i].ItvTime; // 恢复计时器值，从新下一次
TaskComps[i].Run = 1; // 任务可以运行
}
}
}
}大家认真对比一下次函数，和上面定时复用的函数是不是一样的呢？
3. 任务处理：
代 码
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskProcess()
* Description : 任务处理
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskProcess(void)
{
uint8 i;
for (i=0; i<TASKS_MAX; i++) // 逐个任务时间处理
{
if (TaskComps[i].Run) // 时间不为0
{
TaskComps[i].TaskHook(); // 运行任务
TaskComps[i].Run = 0; // 标志清0
}
}
}此函数就是判断什么时候该执行那一个任务了，实现任务的管理操作，应用者只需要在main()函数中调用此函数就可以了，并不需要去分别调用和处理任务函数。
到此，一个时间片轮询应用程序的架构就建好了，大家看看是不是非常简单呢？此架构只需要两个函数，一个结构体，为了应用方面下面将再建立一个枚举型变量。
下面就说说怎样应用吧，假设我们有三个任务：时钟显示，按键扫描，和工作状态显示。
1. 定义一个上面定义的那种结构体变量：
代 码
/**************************************************************************************
* Variable definition
**************************************************************************************/
static TASK_COMPONENTS TaskComps[] =
{
{0, 60, 60, TaskDisplayClock}, // 显示时钟
{0, 20, 20, TaskKeySan}, // 按键扫描
{0, 30, 30, TaskDispStatus}, // 显示工作状态 // 这里添加你的任务。。。。
};在定义变量时，我们已经初始化了值，这些值的初始化，非常重要，跟具体的执行时间优先级等都有关系，这个需要自己掌握。
①大概意思是，我们有三个任务，没1s执行以下时钟显示，因为我们的时钟最小单位是1s，所以在秒变化后才显示一次就够了。
②由于按键在按下时会参数抖动，而我们知道一般按键的抖动大概是20ms，那么我们在顺序执行的函数中一般是延伸20ms，而这里我们每20ms扫描一次，是非常不错的出来，即达到了消抖的目的，也不会漏掉按键输入。
③为了能够显示按键后的其他提示和工作界面，我们这里设计每30ms显示一次，如果你觉得反应慢了，你可以让这些值小一点。后面的名称是对应的函数名，你必须在应用程序中编写这函数名称和这三个一样的任务。
2. 任务列表：
代 码
// 任务清单
typedef enum _TASK_LIST
{
TAST_DISP_CLOCK, // 显示时钟
TAST_KEY_SAN, // 按键扫描
TASK_DISP_WS, // 工作状态显示
// 这里添加你的任务。。。。
TASKS_MAX // 总的可供分配的定时任务数目
} TASK_LIST;
好好看看，我们这里定义这个任务清单的目的其实就是参数TASKS_MAX的值，其他值是没有具体的意义的，只是为了清晰的表面任务的关系而已。
3. 编写任务函数：
代 码
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskDisplayClock()
* Description : 显示任务 * EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskDisplayClock(void)
{
}
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskKeySan()
* Description : 扫描任务
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskKeySan(void)
{
}
/**************************************************************************************
* FunctionName : TaskDispStatus()
* Description : 工作状态显示
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
void TaskDispStatus(void)
{
} // 这里添加其他任务。。。。。。。。。
现在你就可以根据自己的需要编写任务了。
4. 主函数：
代 码
/**************************************************************************************
* FunctionName : main()
* Description : 主函数
* EntryParameter : None
* ReturnValue : None
**************************************************************************************/
int main(void)
{
InitSys(); // 初始化 while (1)
{
TaskProcess(); // 任务处理
}
}到此我们的时间片轮询这个应用程序的架构就完成了，你只需要在我们提示的地方添加你自己的任务函数就可以了。是不是很简单啊，有没有点操作系统的感觉在里面？ 不防试试把，看看任务之间是不是相互并不干扰？并行运行呢？当然重要的是，还需要，注意任务之间进行数据传递时，需要采用全局变量，除此之外还需要注意划分任务以及任务的执行时间，在编写任务时，尽量让任务尽快执行完成。。。。。。。。
四、操作系统
操作系统的本身是一个比较复杂的东西，任务的管理，执行本事并不需要我们去了解。但是会耗费一定的资源，如果资源紧张的情况下不容易应用。现在已经出现了如freeRTOS、国产操作系统RT-Thread、HuaweiLiteOS等免费的操作系统，其系统各有优势，在此不进行赘述。以下以freeRTOS为例进行介绍。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: 标准c程序入口。
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
/* 硬件初始化 */
bsp_Init();
/* 创建任务 */
AppTaskCreate();
/* 启动调度，开始执行任务 */
vTaskStartScheduler();
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: AppTaskCreate
* 功能说明: 创建应用任务
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate (void)
{
xTaskCreate(Adc_Task, /* 任务函数 */
"Adc_Task", /* 任务名 */
ADC_STK_SIZE, /* 任务栈大小，单位word，也就是4字节 */
NULL, /* 任务参数 */
ADC_TASK_PRIO, /* 任务优先级*/
&Adc_Task_Handler ); /* 任务句柄 */
xTaskCreate(Display_Task, /* 任务函数 */
"Display_Task", /* 任务名 */
DISPLAY_STK_SIZE, /* 任务栈大小，单位word，也就是4字节 */
NULL, /* 任务参数 */
DISPLAY_TASK_PRIO, /* 任务优先级*/
&Display_Task_Handler ); /* 任务句柄 */
}不难看出，时间片轮询法优势还是比较大的，即有顺序执行法的优点，也有操作系统的优点。结构清晰，简单，非常容易理解。