阻止還是不阻止，這是個(gè)問題

在為微控制器開發(fā)任何驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，開發(fā)人員必須決定他們的驅(qū)動(dòng)程序是阻塞還是非阻塞。阻塞驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵸|(zhì)上會(huì)暫停代碼執(zhí)行，直到驅(qū)動(dòng)程序完成其任務(wù)。例如，映射到 UART 的printf的典型實(shí)現(xiàn)是阻塞的。

當(dāng)您撥打以下電話時(shí)：

printf(“你好世界！”);

開發(fā)人員知道，該語句后面的任何代碼行在整個(gè)“Hello World！”之前都不會(huì)執(zhí)行。語句已打印出UART。“你好世界！” 包含 12 個(gè)字節(jié)，96 位，但語句阻塞的時(shí)間量取決于 UART 波特率。對(duì)于配置為 1 Mbps 的 UART，您預(yù)計(jì)大約需要 96 微秒。對(duì)于配置為 9600 bps 的 UART，您預(yù)計(jì)大約需要 10,000 微秒！這是一個(gè)很大的差異，具體取決于硬件的配置方式，并且在將 UART 驅(qū)動(dòng)程序配置為阻塞驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，它會(huì)顯著影響程序的執(zhí)行。

非阻塞驅(qū)動(dòng)程序是在驅(qū)動(dòng)程序完成其任務(wù)時(shí)不會(huì)停止程序執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)程序。例如，可以配置printf和上一個(gè)示例中的 UART 驅(qū)動(dòng)程序，使其不會(huì)阻塞，而是允許應(yīng)用程序在每個(gè)字節(jié)從 UART 發(fā)送出去時(shí)繼續(xù)執(zhí)行。這可以在適當(dāng)?shù)那闆r下提高應(yīng)用程序的效率，但需要額外的設(shè)置，例如使用中斷、DMA 或至少一個(gè)傳輸緩沖區(qū)。

決定采用哪種方式設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序取決于您的應(yīng)用程序和硬件。例如，如果 UART 配置為 1 Mbps，則從效率的角度來看，編寫非阻塞驅(qū)動(dòng)程序可能不會(huì)獲得太多收益，并且實(shí)際上可能會(huì)導(dǎo)致比通過額外的程序復(fù)雜性解決的問題更多。但是，如果應(yīng)用程序要求 9600 bps，其中應(yīng)用程序代碼被阻塞 10 毫秒，則使用非阻塞驅(qū)動(dòng)程序可以顯著提高程序效率，并且額外時(shí)序復(fù)雜性問題的風(fēng)險(xiǎn)要小得多，而且更易于管理。

嵌入式 ADC 驅(qū)動(dòng)程序概述

需要注意的是，在一篇博客中，我無法完成編寫完整 ADC 驅(qū)動(dòng)程序所需的所有步驟。我可以輕松地在其上寫一篇 20 頁的論文或提供一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，但它可能仍無法涵蓋所有??細(xì)節(jié)，但我們至少可以查看一些核心部分。

我們可以通過多種方式組織 ADC 驅(qū)動(dòng)程序，但我喜歡組織它們的方式需要三個(gè)組件：

• 低級(jí)驅(qū)動(dòng)
• 申請(qǐng)代碼
• 一個(gè)配置模塊

低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序在初始化期間獲取配置模塊，并根據(jù)配置設(shè)置硬件。低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序提供了一個(gè)通用硬件抽象層 (HAL)，然后應(yīng)用程序代碼可以使用該層。ADC HAL 調(diào)用應(yīng)該是通用的，以便高級(jí)應(yīng)用程序可以以任何必要的方式配置硬件，從而使其可重用和可擴(kuò)展。例如，我過去使用的一些 ADC HAL 調(diào)用包括：

• AdcError_t Adc_Init(const AdcConfig_t * Config);
• AdcError_t Adc_StartConversion(void);
• bool Adc_ConversionComplete(void);
• 無效 Adc_RegisterWrite（uint32_t 常量地址，uint32_t 常量值）；
• uint32_t Adc_RegisterRead(uint32_t 地址);
• void Adc_CallbackRegister(AdcCallback_t const Function, TYPE (*CallbackFunction)(type));

前三個(gè) API 提供了初始化 ADC 硬件、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換然后檢查轉(zhuǎn)換狀態(tài)的能力。最后三個(gè)函數(shù)旨在允許低級(jí)硬件的可擴(kuò)展性。例如，如果 HAL 不提供應(yīng)用程序所需的選項(xiàng)（例如轉(zhuǎn)換單個(gè) ADC 通道），則可以使用Adc_RegisterRead和Adc_RegisterWrite函數(shù)擴(kuò)展 HAL。這提供了基于應(yīng)用程序需求的靈活性，而不會(huì)創(chuàng)建壓倒性的 API。

編寫一個(gè)簡單的阻塞 ADC 驅(qū)動(dòng)程序

我們可以在硬件層之上編寫一個(gè)非常簡單的 ADC 驅(qū)動(dòng)程序。例如，我們可以創(chuàng)建一個(gè)名為Adc_Sample的簡單函數(shù)，它啟動(dòng) ADC 硬件，然后將所有結(jié)果存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中，然后應(yīng)用程序可以訪問該緩沖區(qū)。存儲(chǔ)模擬值計(jì)數(shù)值的緩沖區(qū)不一定只需要存儲(chǔ)一個(gè)值，而是可以存儲(chǔ)多個(gè)值，這些值以后可以根據(jù)應(yīng)用程序的需要進(jìn)行平均或過濾。采樣函數(shù)的阻塞版本可能如下所示：

正如您在此代碼中看到的，while 循環(huán)會(huì)阻止執(zhí)行，直到 ADC 硬件完成其轉(zhuǎn)換，然后它將值存儲(chǔ)在應(yīng)用程序緩沖區(qū)中。

編寫一個(gè)簡單的非阻塞 ADC 驅(qū)動(dòng)程序

將阻塞驅(qū)動(dòng)程序轉(zhuǎn)換為非阻塞代碼非常簡單，但需要更改更高級(jí)別的應(yīng)用程序代碼。例如，現(xiàn)在，如果應(yīng)用程序想要對(duì)傳感器進(jìn)行采樣，開發(fā)人員調(diào)用：

Adc_Sample();

在非阻塞版本中，開發(fā)人員必須檢查Adc_Sample的返回值，以查看樣本是否已完成并準(zhǔn)備好使用。這允許示例在后臺(tái)運(yùn)行，應(yīng)用程序代碼繼續(xù)運(yùn)行，并對(duì)我們的驅(qū)動(dòng)程序代碼進(jìn)行以下更新：

結(jié)論

正如我們?cè)谶@篇文章中看到的，有多種方法可以編寫 ADC，并且根據(jù)我們的需要，實(shí)現(xiàn)可以是阻塞的，也可以是非阻塞的。阻塞驅(qū)動(dòng)程序往往比非阻塞驅(qū)動(dòng)程序更簡單且不完整，但它們可能效率低下。非阻塞驅(qū)動(dòng)程序允許其他代碼在驅(qū)動(dòng)程序工作時(shí)運(yùn)行，但應(yīng)用程序代碼仍然需要檢查狀態(tài)，這在輪詢實(shí)現(xiàn)中本身是低效的。

在本系列的下一篇文章中，我們將研究如何編寫一個(gè)應(yīng)用程序，通過使用中斷的 ADC 外設(shè)對(duì)傳感器進(jìn)行采樣。

審核編輯 黃昊宇