這篇文章分享怎么寫(xiě)出穩(wěn)定的單片機(jī)代碼。

我對(duì)優(yōu)秀代碼的理解，大體分為兩個(gè)部分：高效和穩(wěn)定。 兩者都能做到很好的，如果靠自己摸索，沒(méi)有刻意去練習(xí)，可能需要花10年，甚至更久。

對(duì)于單片機(jī)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，高效可能不是剛需。

高效寫(xiě)法和低效寫(xiě)法，在很多功能上看不出區(qū)別，代碼執(zhí)行效率快個(gè)納秒、微秒、甚至是毫秒的時(shí)間差，對(duì)功能本身并無(wú)影響。

所以在高效和穩(wěn)定之間，我建議先提升怎么把程序?qū)懛€(wěn)定，再進(jìn)一步優(yōu)化程序效率。

如果當(dāng)下覺(jué)得自己寫(xiě)的代碼比較爛，也沒(méi)關(guān)系，先多寫(xiě)，再多學(xué)習(xí)高手寫(xiě)的代碼，你就能看出其中的精華。

經(jīng)驗(yàn)不足的時(shí)候，哪怕別人直接給你答案，你也不知道他為什么要這樣做。

我很多代碼思維和技巧，都是學(xué)習(xí)同事的代碼，我看到他們的代碼時(shí)，和無(wú)際項(xiàng)目特訓(xùn)營(yíng)老鐵看我們代碼的感覺(jué)是一樣的，先是一臉懵逼，有些工作后，接觸項(xiàng)目多了，才領(lǐng)悟其中的精髓。

剛開(kāi)始我也不能理解他們的代碼，感覺(jué)寫(xiě)的很復(fù)雜，搞不懂明明可以寫(xiě)的很簡(jiǎn)單，為什么要繞一個(gè)彎。

不過(guò)我把他們的代碼保存起來(lái)了。

后面跳槽又做了幾年，有次，領(lǐng)導(dǎo)安排了一個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的新項(xiàng)目，需要自己獨(dú)立從頭到尾去做。

很多功能沒(méi)做過(guò)，不知道怎么下手，摸著石頭過(guò)河，用最笨的辦法，先把功能實(shí)現(xiàn)。

后面把代碼組織在一起的時(shí)候，又發(fā)現(xiàn)整個(gè)邏輯異常混亂和沖突。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，一個(gè)LED燈指示設(shè)備聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，未接連上時(shí)，每200ms閃一次，連接上wifi時(shí)，每400ms閃一次，連接上路由器時(shí)，每600ms閃一次，連接上服務(wù)器時(shí)，常亮。

固定的閃爍效果，簡(jiǎn)單，但要考慮到通用性和擴(kuò)展性，就難很多了。

為什么我要專門(mén)給點(diǎn)燈，寫(xiě)一個(gè)程序架構(gòu)？

是因?yàn)長(zhǎng)ED需求太多了，LED大多數(shù)產(chǎn)品都有，而且每個(gè)產(chǎn)品LED數(shù)量，需要的閃爍效果都不同，每次重復(fù)去寫(xiě)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

所以我把LED閃爍，設(shè)計(jì)成獨(dú)立的功能模塊，并考慮到了擴(kuò)展性和移植性。

需要修改LED數(shù)量，直接修改枚舉量就好了，需要增加LED閃爍效果，直接添加一個(gè)波形數(shù)組就好了，后續(xù)算法會(huì)根據(jù)數(shù)組的值，自動(dòng)輸出相應(yīng)的波形。

架構(gòu)定好，下次類似產(chǎn)品功能的需求，我改一下，只需要幾分鐘。

所以，程序?qū)懙恼?，不是看代碼寫(xiě)得多漂亮，或者用了什么高級(jí)語(yǔ)法，而是看是否精準(zhǔn)解決需求。

除此以外，所有花里胡哨的技巧，都是脫褲子放屁。

代碼穩(wěn)定性，主要體現(xiàn)在一些復(fù)雜的項(xiàng)目上，一些簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，沒(méi)多少功能，硬調(diào)也能調(diào)出來(lái)。

所以，我覺(jué)得，想把代碼寫(xiě)穩(wěn)定，最主要的就是程序架構(gòu)的設(shè)計(jì)。

如果架構(gòu)設(shè)計(jì)不好，會(huì)導(dǎo)致代碼難以維護(hù)、容易出錯(cuò)、功能擴(kuò)展困難、穩(wěn)定性差、調(diào)試?yán)щy、硬件兼容性差等問(wèn)題。

好的程序架構(gòu)，我覺(jué)得核心是要把控兩點(diǎn)：

一、程序"地基"也就是整個(gè)項(xiàng)目，所有功能的"管理者"。比如RTOS，就是充當(dāng)這樣的角色。

很多復(fù)雜的單片機(jī)項(xiàng)目，都會(huì)上RTOS，就是保證地基是穩(wěn)定，降低對(duì)工程師的技能要求。

寫(xiě)一個(gè)系統(tǒng)，和移植一個(gè)系統(tǒng)用，完全不是一個(gè)難度級(jí)別。

不過(guò)，我還是比較喜歡用"裸機(jī)"寫(xiě)程序，然后采用自己設(shè)計(jì)的輕量任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)。

這是一個(gè)簡(jiǎn)單的輪詢式任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)定時(shí)器中斷來(lái)觸發(fā)任務(wù)調(diào)度。相對(duì)RTOS來(lái)說(shuō)，有以下優(yōu)勢(shì)：

①簡(jiǎn)單，資源占用少不需要復(fù)雜的任務(wù)管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和調(diào)度算法，因此占用的內(nèi)存和CPU資源較少，特別適合資源受限的單片機(jī)，之前這個(gè)架構(gòu)多次用于51單片機(jī)的項(xiàng)目。

②能完全掌控代碼都是自己寫(xiě)的，相對(duì)移植RTOS來(lái)說(shuō)，更能掌控，減少由于對(duì)系統(tǒng)不熟，給產(chǎn)品埋雷的風(fēng)險(xiǎn)。任務(wù)也是按順序執(zhí)行的，沒(méi)有復(fù)雜的任務(wù)切換，調(diào)試時(shí)更容易跟蹤和分析問(wèn)題。 ③任務(wù)分離通過(guò)任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OS_CreatTask，將不同的功能分配給不同的任務(wù)。這種分離確保了每個(gè)任務(wù)只關(guān)注一件事情，提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。

④靈活性創(chuàng)建任務(wù)時(shí)，可以為每個(gè)任務(wù)分配不同執(zhí)行頻率，從而調(diào)整任務(wù)執(zhí)行順序，可以很靈活地控制任務(wù)執(zhí)行，也非常適合周期性的任務(wù)。

⑤減少CPU占用，響應(yīng)更快雖然在這個(gè)架構(gòu)中沒(méi)有明確的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，但可以通過(guò)調(diào)整任務(wù)的執(zhí)行頻率或順序，來(lái)間接實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制。

傳統(tǒng)while(1)死循環(huán)的用法，CPU一直在忙碌地執(zhí)行某個(gè)代碼塊，而輪詢式架構(gòu)可以讓CPU在沒(méi)有任務(wù)執(zhí)行時(shí)，處于空閑狀態(tài)，一旦任務(wù)準(zhǔn)備好執(zhí)行，它可以立即開(kāi)始運(yùn)行，減少響應(yīng)時(shí)間。 不過(guò)有一點(diǎn)，需要人為控制每個(gè)任務(wù)的代碼效率，盡量不要有延時(shí)高的代碼。 ⑤擴(kuò)展性強(qiáng)雖然架構(gòu)簡(jiǎn)單，但通過(guò)增加任務(wù)和調(diào)整調(diào)度邏輯，系統(tǒng)仍然可以擴(kuò)展以支持更多的功能，比如增加現(xiàn)場(chǎng)切換功能和任務(wù)優(yōu)先級(jí)管理，即是最精簡(jiǎn)的RTOS系統(tǒng)。 這種輪詢式任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)，雖然不支持真正的并發(fā)執(zhí)行，但以更簡(jiǎn)單，高效的方式來(lái)管理多個(gè)任務(wù)，對(duì)于大多數(shù)的單片機(jī)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，其實(shí)也夠了。至少我還沒(méi)碰到過(guò)，非要上RTOS才能完成的產(chǎn)品。

這個(gè)架構(gòu)也有配套的開(kāi)源視頻，是我2018年錄著玩的，不過(guò)代碼已申請(qǐng)版權(quán)，非學(xué)員不能直接用于自己項(xiàng)目，可以學(xué)習(xí)這種編程思維，要的找我安排。

二、功能模塊化如果是項(xiàng)目功能比較多，一定要采用模塊化的方式，以便于后期的代碼維護(hù)和移植。 拿我們無(wú)際特訓(xùn)營(yíng)項(xiàng)目6的代碼舉例，創(chuàng)建了3個(gè)任務(wù)，分別管理硬件層、中間層、應(yīng)用層的功能。

1.硬件層主要是單片機(jī)外設(shè)，以及一些外圍芯片的驅(qū)動(dòng)程序，比如定時(shí)器、LED、語(yǔ)音輸出、按鍵、串口、ADC、EEPROM。

然后不同的硬件驅(qū)動(dòng)程序也是相互獨(dú)立的。

2.中間層主要是一些協(xié)議的解析，比如mqtt、lora、4G等，還有就是一些硬件層的應(yīng)用程序，比如屏顯示圖案，電池電量檢測(cè)邏輯，外電檢測(cè)邏輯等。

不同的功能程序也是相互獨(dú)立的。

3.應(yīng)用層就是具體的產(chǎn)品邏輯功能實(shí)現(xiàn)代碼，比如菜單系統(tǒng)，防盜報(bào)警模式邏輯等等。

我們?cè)谧龉δ艿臅r(shí)候，也要有架構(gòu)的思維，需要考慮到后續(xù)功能的擴(kuò)展和移植。

比如我們做菜單的時(shí)候，會(huì)考慮到后期如果項(xiàng)目需要增加或刪減界面，怎么設(shè)計(jì)比較方便靈活。

我們目前的做法是通過(guò)結(jié)構(gòu)體數(shù)組來(lái)管理每個(gè)界面，然后通過(guò)雙向鏈表讓各界面建立聯(lián)系。

類似的還有很多，比如說(shuō)LED，按鍵這種，基本也是每個(gè)產(chǎn)品的剛需。

三、怎么去鍛煉架構(gòu)思維和能力？一般的工程師，會(huì)在工作了3,4年左右，才能意識(shí)到程序架構(gòu)的必要性，也取決于你什么時(shí)候能有機(jī)會(huì)獨(dú)立完成復(fù)雜的項(xiàng)目，這個(gè)時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)的知識(shí)體系不夠用。

心態(tài)上不用太著急和焦慮，按照正確的方向努力，很快就能具備架構(gòu)設(shè)計(jì)能力。

一般流程是這樣的。1.先實(shí)現(xiàn)功能先不要考慮架構(gòu)，先把功能實(shí)現(xiàn)出來(lái)，再?gòu)墓δ芾锩嬲乙?guī)律。

比如一個(gè)按鍵檢測(cè)代碼，和10個(gè)按鍵，其實(shí)也就是加個(gè)for循環(huán)，代碼就能復(fù)用。

比如LED燈的特效，其本質(zhì)就是輸出的高低電平波形持續(xù)的時(shí)間不一樣，我們是否能用一個(gè)數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)，通過(guò)定時(shí)器配合小算法來(lái)輸出波形呢？ 這些代碼，都是要一步步迭代的，可能修改10次，就比較完美了，不要要求一寫(xiě)就接近完美，容易自閉。 還有就是多接觸優(yōu)秀的工程師和項(xiàng)目，沒(méi)條件的可以看看STM32固件庫(kù)代碼，看看藍(lán)牙協(xié)議棧，看看RTOS，這些都是開(kāi)源的產(chǎn)品級(jí)代碼。