單片機裸機系統(tǒng)，通常又被稱為前后臺系統(tǒng)。
百度百科中，對前后臺系統(tǒng)有一段解釋：
?前后臺系統(tǒng)，即計算機前后臺系統(tǒng)，早期的嵌入式系統(tǒng)中沒有操作系統(tǒng)的概念，程序員編寫嵌入式程序通常直接面對裸機及裸設備，在這種情況下，通常把嵌入式程序分成兩部分，即前臺程序和后臺程序。 ?
實現(xiàn)模式如下：
應用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調用相應的函數(shù)完成相應的操作，這部分可以看成后臺行為，也就是while主循環(huán)；前臺程序通過中斷來處理事件，也就是我們常見的中斷。
一般情況下，后臺程序也叫事件處理任務，前臺程序也叫中斷級任務。在程序運行時，后臺程序檢查每個任務是否具備運行條件，通過一定的調度算法來完成相應的操作（按照先后順序依次調度）。對于實時性要求特別嚴格的操作通常由中斷來完成，僅在中斷服務程序中標記事件的發(fā)生，不再做任何工作就退出中斷，這樣就不會造成在中斷服務程序中處理費時的事件而影響后續(xù)和其他中斷。
實際上，前后臺系統(tǒng)的實時性比預計的要差。這是因為前后臺系統(tǒng)認為所有的任務具有相同的優(yōu)先級別，即是平等的，而且任務的執(zhí)行又是通過FIFO隊列排隊，因而對那些實時性要求高的任務不可能立刻得到處理。另外，由于后臺程序是一個無限循環(huán)的結構，一旦在這個循環(huán)體中正在處理的任務崩潰，使得整個任務隊列中的其他任務得不到機會被處理，從而造成整個系統(tǒng)的崩潰。由于這類系統(tǒng)結構簡單，幾乎不需要RAM/ROM的額外開銷，因而在簡單的嵌入式應用被廣泛使用。
可以看出，前后臺系統(tǒng)是在輪詢系統(tǒng)的基礎上加入了中斷。
外部事件的響應在中斷里面完成，事件的處理還是回到輪詢系統(tǒng)中完成。
中斷在這里稱為前臺，main()函數(shù)中的無限循環(huán)稱為后臺。
示例說明：
int flag1 = 0; int flag2= 0; int flag3 = 0; int main(){ hardwareInit();//硬件初始化 for(;;){ if(flag1){ doSomething1();//處理事件 flag1=0;//清除標志位 } if(flag2){ doSomething2();//處理事件 flag2=0;//清除標志位 } if(flag3){ doSomething3();//處理事件 flag3=0;//清除標志位 } } } //中斷處理程序 void ISR1(void )｛ flag1=1//置位標志位 ｝ //中斷處理程序 void ISR2(void )｛ flag2=1//置位標志位 ｝ //中斷處理程序 void ISR3(void )｛ flag3=1//置位標志位 ｝
在順序執(zhí)行后臺程序時，如果有中斷，那么中斷會打斷后臺程序的正常執(zhí)行流，轉而去執(zhí)行中斷服務程序，在中斷服務程序中標記事件。當然，并不是說不能在中斷里處理程序，如果事件要處理的事情很簡短，則可在中斷服務程序里面處理，如果事件要處理的事情比較多，則建議返回后臺程序處理。雖然事件的響應和處理分開了，但是事件的處理還是在后臺順序執(zhí)行的，但相比輪詢系統(tǒng)，前后臺系統(tǒng)確保了事件不會丟失，再加上中斷具有可嵌套的功能，這可以大大提高程序的實時響應能力。
通常，我們會在中斷里執(zhí)行一些緊急的任務，對實時性要求比較高的任務，最直觀的就是，速度很快的任務，需要及時處理的任務。
舉個例子說明
直接參考：前后臺系統(tǒng)的精髓
總之就是
緊急的事務一定要用中斷處理！中斷只處理緊急事務！
比如底層的數(shù)據(jù)收發(fā)，速度太快，放在后臺處理太慢了。對于數(shù)據(jù)的處理，就沒有那么著急了?？梢栽谥袛嗬锝邮胀瓿珊笤O置標志位，然后在主循環(huán)里根據(jù)標志位完成處理，之后手動開啟相應中斷去發(fā)送。
這其中，注意全局變量的使用。
主循環(huán)和中斷的關系梳理
首先要明確的是，嵌入式程序中必須要有主循環(huán)，這樣才能保證程序的正確反復執(zhí)行。
之前學習時講的是，不要在中斷里做過多的操作，以免中斷時間過長，影響其他中斷和主循環(huán)的程序執(zhí)行。
關于這點可參考：
1，中斷處理時間太長或導致正常的應用程序不能按時被執(zhí)行；
2，不能嵌套的cpu中，執(zhí)行中斷時不能響應其他中斷，中斷執(zhí)行時間太長容易丟其他中斷；
3，能嵌套的cpu中，某個中斷服務程序執(zhí)行時間太長，可能導致中斷嵌套非常深，容易導致棧溢出，也容易出現(xiàn)邏輯問題；
ISR會阻斷正常的CPU調度機制。
在最簡單的嵌入式系統(tǒng)上，可能沒有操作系統(tǒng)，所謂CPU調度就是狀態(tài)輪詢加上各種中斷響應。如果一個ISR占用時間太長，勢必影響輪詢的及時性穩(wěn)定性。如果ISR一直關中斷，不允許本身再入或者響應其他中斷，那麻煩就更多了。所以正確的ISR應該只做那些必須立即完成的事情，然后把不必立即處理的數(shù)據(jù)保存下來，設置一個狀態(tài)指示，然后退出，讓輪詢機制去處理。
在有操作系統(tǒng)的情況下，ISR怎么寫，必須符合操作系統(tǒng)規(guī)定的規(guī)范，不能因為ISR運行特權級別高就亂來。
注意：
并非所有的任務都不能放在中斷里，一些緊急任務，比如數(shù)據(jù)收發(fā)等，就需要放在中斷里，如果放在主循環(huán)里很可能來不及處理。
我的理解：
主循環(huán)和中斷本身是獨立的，即CPU和外設是可以同步工作的。
二者的配合就是，外設的工作完成后，會通知CPU，這時候，主循環(huán)里可以根據(jù)標志位情況進行相應的處理。
這樣一來，二者的分工就相對明確了，中斷里處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)木o急任務或者完成標志位，然后主循環(huán)里根據(jù)標志位去處理不緊急的任務。
這樣一來，中斷和主循環(huán)的某個任務在某種程度上就是一種先后的順序結構，只有中斷完成了，主循環(huán)里才能根據(jù)標志位來執(zhí)行任務。
因為主循環(huán)是循環(huán)執(zhí)行的，所以不管一個任務放在主循環(huán)的哪個位置，都是會被循環(huán)執(zhí)行到的，這就是CPU的輪詢調度。
中斷是外設在硬件層面上的實時性任務。
注意：
以最近學到的一種思路來舉例。
之前，我用定時器時，都是一個任務一個定時器，這樣，有幾個任務就需要幾個定時器，每個任務時間改變時，就去改變初始化的內容。
后來學到一種思路，定時器只用一個，然后設定1ms的基準值，接著在對應的中斷里面計數(shù)，并且設置計數(shù)完成標志位，然后在主循環(huán)里面，根據(jù)完成標志位再去執(zhí)行相應的業(yè)務代碼。這樣一來，中斷里就只處理了標志位，而且，因為定時器里幾乎沒有業(yè)務邏輯，所以一個定時器中斷里可以執(zhí)行判斷好多個任務的定時，然后主循環(huán)里依次執(zhí)行各業(yè)務邏輯。
中斷最大的優(yōu)勢就是及時響應。
主循環(huán)里是順序執(zhí)行的，所以，沒辦法及時響應，但是可以處理多任務。
因此二者需要配合使用。
主循環(huán)優(yōu)先級是最低的，會被所有中斷打斷。
參考：
STM32的滴答定時器中斷打斷主函數(shù)while循環(huán)嗎
這里面可能會涉及到一些原子操作的概念。
全局變量在中斷和主循環(huán)中共同使用時異常問題
如果中斷函數(shù)沒執(zhí)行完成時，又來了該中斷源的中斷請求，會發(fā)生什么情況?
參考：
如果中斷函數(shù)沒執(zhí)行完成時,又來了該中斷源的中斷請求,會發(fā)生什么情況? - STM32/STM8單片機論壇 - ST MCU意法半導體官方技術支持論壇 - 21ic電子技術開發(fā)論壇
stm32代碼執(zhí)行時間的查看
參考：
單片機的裸機系統(tǒng)和多任務系統(tǒng)總結
前后臺系統(tǒng)中，中斷只進行硬件層面的數(shù)據(jù)處理以及置標志位，其他的事情讓主循環(huán)去做。?
任務要有執(zhí)行條件
裸機開發(fā)時，主循環(huán)里的任務都需要有執(zhí)行條件，只有滿足執(zhí)行條件，才會進入執(zhí)行。
而這個執(zhí)行條件，直觀來說其實就是判斷標志位。
如果沒有執(zhí)行條件，就會不斷地循環(huán)進入程序執(zhí)行，可能會導致程序卡頓。
另外一方面，如果沒有執(zhí)行條件，則不管什么情況都會執(zhí)行，那么在不需要執(zhí)行的時候也會執(zhí)行，那么就加大了主循環(huán)中的執(zhí)行時間，實時性更加無法得到保證。
關于標志位補充
在裸機編程中，會大量用到各種狀態(tài)標志位。
一方面，這些標志位是表示機器的某些狀態(tài)，另一方面，因為主程序和中斷的執(zhí)行，很多時候是有先后順序的，所以，需要通過一些標志位來判斷某個任務當前是否執(zhí)行。
比如某個任務有些地方實時性較高，有些地方實時性要求沒那么高，此時，就可以將實時性要求高的放在中斷里，實時性要求不高的放在主循環(huán)里。
這種情況下，就需要有個標志位，讓中斷里先執(zhí)行，執(zhí)行后置個標志位，主循環(huán)里，當標志位被置位時才會開始執(zhí)行接下來的程序部分。
另外要注意的是，當判斷標志位并且執(zhí)行了相關代碼后，就需要復位標志位，防止每次都會進入執(zhí)行。
其實，中斷里的標志位判斷正確后需要復位標志位，就是為了防止條件還沒滿足時也能不斷地進入執(zhí)行。
比如，接收數(shù)據(jù)然后處理，接收數(shù)據(jù)就需要放在中斷里，因為這個對實時性要求較高，但是對數(shù)據(jù)的處理就沒那么急了，可以放在主循環(huán)里，此時，就有先后順序的要求，
需要先接收完數(shù)據(jù)，然后才能處理。所以，就需要一個標志位。接收完數(shù)據(jù)后，標志位置位，然后在主循環(huán)里面，根據(jù)標志位置位去執(zhí)行處理程序，同時，需要復位標志位，
要不然，就會不斷進入主循環(huán)程序，而不會按照既定的順序去執(zhí)行，自然就會出錯了。有個問題就是，在一個1秒中斷里寫10個任務，和把10個任務分別寫在10個1秒中斷里，有區(qū)別嗎？
前者的好處是，只需要一個定時器就能搞定，而后者需要10個定時器。
后者看起來貌似可以讓程序執(zhí)行更快，但仔細想一想，他10個定時器也不是并行執(zhí)行的，就算10個定時器可以同時觸發(fā)，但是CPU一次也只能
執(zhí)行一個中斷，中斷的執(zhí)行也是要排隊的。
所以，前者在一個中斷里排隊，后者分成了好多個中斷在排隊，二者的執(zhí)行實時度并沒有明顯區(qū)別。
定時器的使用技巧
有時候，需要很多時間定時，比如100ms，200ms，300ms，500ms，1s，5s，1min等等，試想一下，如果每個時間都定個定時器，那單片機僅有的定時器肯定不夠用。
怎么辦呢？
那就是開啟一個定時器時基，比如定個1ms定時器，然后可以在中斷處理函數(shù)中，對每個定時任務都進行計數(shù)，只要是1ms的整數(shù)倍，都可以計數(shù)到達目標之后才執(zhí)行任務，這樣一個時基定時器的處理函數(shù)中就可以處理多個任務。
比如：
這里示例的時基設置的是10ms
但是要注意，中斷里只進行標志位的設置，不要進行任何業(yè)務操作。
標志位的設計
一開始，我在設計標志位的時候，都是用一個字節(jié)的0和1來表示的，這樣太浪費了。
其實有更好的方式，這種方式也是單片機設計中的一種設計思想，那就是每個標志位用1個位來表示，如果一個位不夠表示，就用多個位來表示。
比如：
#define FLG_UART 0x01
#define FLG_TMR 0x02
#define FLG_EXI 0x04
#define FLG_KEY 0x08
然后由此就有一些計算方式
定義u8FlgTmp為這個標志位字節(jié)的表示變量
那么u8FlgTmp & FLG_UART位與就能表示u8FlgTmp里是不是置位了?FLG_UART這個標志位
if(u8FlgTmp & FLG_UART)
{
????action_uart(); /*處理串口事件*/
}
g_u8EvntFlgGrp |= FLG_UART; /*設置 UART 事件標志*/位或就可以將FLG_UART標志位疊加到g_u8EvntFlgGrp上。
以下舉例說明：
g_u8EvntFlgGrp一開始為0
volatile INT8U g_u8EvntFlgGrp = 0; /*事件標志組*/
然后接連發(fā)生了UART/TMR/EXI/KEY中斷，那么：
g_u8EvntFlgGrp?|= FLG_UART，此時g_u8EvntFlgGrp為0x01
g_u8EvntFlgGrp?|= FLG_TMR，此時g_u8EvntFlgGrp為0x03
g_u8EvntFlgGrp?|= FLG_EXI，此時g_u8EvntFlgGrp為0x07
g_u8EvntFlgGrp?|= FLG_KEY，此時g_u8EvntFlgGrp為0x0F
此時g_u8EvntFlgGrp就記錄了所有事件的觸發(fā)標志，然后如何判斷當前事件有沒有發(fā)生？
那就是用g_u8EvntFlgGrp去位與對應的標志位
g_u8EvntFlgGrp?& FLG_UART
g_u8EvntFlgGrp?& FLG_TMR
g_u8EvntFlgGrp?& FLG_EXI
g_u8EvntFlgGrp?& FLG_KEY
標準庫舉例
程序進行位操作的效率也更高。
不過，這樣用1位表示1個標志，一個字節(jié)也只能表示8個，數(shù)量利用不大夠。
如果標志較多，也可以直接使用一個字節(jié)從0—255的數(shù)值來表示各種標志。
需要注意的是，這種方式一個變量同一時間只能表示一種類型的狀態(tài)，而位方式一次能表示8種類型的狀態(tài)，相當于8個變量。
實際中根據(jù)具體需要去進行設計。
仔細想了想，以上更適合驅動層面的設計，業(yè)務層面復雜且不固定，設計起來相對困難。
如果標志位太多，就用位操作，前提是事件標志，邏輯或可以傳入多個標志位。
標志位引起的隱蔽BUG
遇到一個很隱蔽的問題。
我有個需求，是這樣的，我需要每隔一段時間就往屏幕發(fā)數(shù)據(jù)，于是我在定時器里計數(shù)，然后在主循環(huán)根據(jù)計數(shù)值來判斷是否執(zhí)行發(fā)送函數(shù)。
我以為這樣在滿足條件后只會執(zhí)行一次，其實會進入執(zhí)行很多次。
為什么？上面圖片中，我理想情況下，當計數(shù)值templateTimeCount為5的整數(shù)倍時才會進入，0和5都會進入，但是因為這個是放在主循環(huán)里循環(huán)執(zhí)行的，當templateTimeCount=0的時候，因為等待templateTimeCount=1之前，會進入這個函數(shù)很多很多次，而且每次判斷都是滿足條件的。
這里其實就是1個定時周期內能執(zhí)行這個程序多少次，這里就會執(zhí)行多少次。
這就是為什么主循環(huán)中以及中斷中的每個任務函數(shù)都要有判斷條件，而且，進入后要馬上清標志位，要不然會不斷進入，所以，裸機中主函數(shù)中判斷標志位和清除標志位都是必須的操作，如果沒有這個環(huán)節(jié)，就要注意很有可能會出錯。
任務同步
用標志位實現(xiàn)的，兩個程序先后執(zhí)行的情況，可以稱之為任務同步。也就是說，兩個任務必須按照既定的先后順序來執(zhí)行，而不是隨機地誰先誰后。?
為什么中斷里不建議有耗時較長的操作？?文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-532586.html
就以直接延時來考慮這個問題。
如果中斷里延時了，那么因為主循環(huán)和相同優(yōu)先級中斷沒法打斷延時的中斷，所以其他中斷和主循環(huán)里的其他任務都得不到及時執(zhí)行。
主循環(huán)優(yōu)先級最低，主循環(huán)不會阻塞中斷，只有中斷會阻塞中斷。
所以中斷里不能時間過長的最大原因是，會阻礙其他同優(yōu)先級的中斷執(zhí)行。
不管是主循環(huán)還是中斷，都不能有長時間延時，都會阻礙其他主循環(huán)任務的執(zhí)行，中斷里更嚴重的會影響其他中斷的執(zhí)行。
那對于較耗時的工作，為什么不推薦放在中斷里，但是可以放在主循環(huán)里？
因為中斷本來就是為了響應實時性要求高的任務而設定的，執(zhí)行的任務實時性要求都很高，所以不能有較長時間的阻塞，但是主循環(huán)里的任務優(yōu)先級沒有那么高，有稍微的耗時也問題不大，這個耗時有時也不要想得太夸張，一般也就是從ns級別轉到了us或者ms級別罷了。
所以
為什么中斷里不建議有耗時較長的操作？?
因為影響實時性。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-532586.html
到了這里，關于關于單片機的前后臺系統(tǒng)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
