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如何编写稳定的单片机代码？

guozi • • 行业资讯
前面的文章，和大家分享了怎么编写出高效的单片机代码，这篇文章分享怎么写出稳定的单片机代码。     
我对优秀代码的理解，大体分为两个部分：高效和稳定。
两者都能做到很好的，如果靠自己摸索，没有刻意去练习，可能需要花10年，甚至更久。
          
对于单片机产品来说，高效可能不是刚需。
          
高效写法和低效写法，在很多功能上看不出区别，代码执行效率快个纳秒、微秒、甚至是毫秒的时间差，对功能本身并无影响。
          
所以在高效和稳定之间，我建议先提升怎么把程序写稳定，再进一步优化程序效率。
          
如果当下觉得自己写的代码比较烂，也没关系，先多写，再多学习高手写的代码，你就能看出其中的精华。
          
经验不足的时候，哪怕别人直接给你答案，你也不知道他为什么要这样做。
          
我很多代码思维和技巧，都是学习同事的代码，我看到他们的代码时，和无际项目特训营老铁看我们代码的感觉是一样的，先是一脸懵逼，有些工作后，接触项目多了，才领悟其中的精髓。
             
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刚开始我也不能理解他们的代码，感觉写的很复杂，搞不懂明明可以写的很简单，为什么要绕一个弯。
          
不过我把他们的代码保存起来了。
          
后面跳槽又做了几年，有次，领导安排了一个复杂点的新项目，需要自己独立从头到尾去做。
          
很多功能没做过，不知道怎么下手，摸着石头过河，用最笨的办法，先把功能实现。
          
后面把代码组织在一起的时候，又发现整个逻辑异常混乱和冲突。
          
举个简单的例子，一个LED灯指示设备联网状态，未接连上时，每200ms闪一次，连接上wifi时，每400ms闪一次，连接上路由器时，每600ms闪一次，连接上服务器时，常亮。
          
固定的闪烁效果，简单，但要考虑到通用性和扩展性，就难很多了。
          
为什么我要专门给点灯，写一个程序架构？
          
是因为LED需求太多了，LED大多数产品都有，而且每个产品LED数量，需要的闪烁效果都不同，每次重复去写，费时费力。
          
所以我把LED闪烁，设计成独立的功能模块，并考虑到了扩展性和移植性。
          
需要修改LED数量，直接修改枚举量就好了，需要增加LED闪烁效果，直接添加一个波形数组就好了，后续算法会根据数组的值，自动输出相应的波形。
          
架构定好，下次类似产品功能的需求，我改一下，只需要几分钟。   
          
所以，程序写的咋样，不是看代码写得多漂亮，或者用了什么高级语法，而是看是否精准解决需求。
          
除此以外，所有花里胡哨的技巧，都是脱裤子放屁。
          
代码稳定性，主要体现在一些复杂的项目上，一些简单的项目，没多少功能，硬调也能调出来。
          
所以，我觉得，想把代码写稳定，最主要的就是程序架构的设计。
          
如果架构设计不好，会导致代码难以维护、容易出错、功能扩展困难、稳定性差、调试困难、硬件兼容性差等问题。
          
好的程序架构，我觉得核心是要把控两点：
          
一、程序”地基”
也就是整个项目，所有功能的”管理者”。比如RTOS，就是充当这样的角色。
          
很多复杂的单片机项目，都会上RTOS，就是保证地基是稳定，降低对工程师的技能要求。
          
写一个系统，和移植一个系统用，完全不是一个难度级别。
          
不过，我还是比较喜欢用”裸机”写程序，然后采用自己设计的轻量任务调度系统。   
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这是一个简单的轮询式任务调度系统，通过一个定时器中断来触发任务调度。相对RTOS来说，有以下优势：
          
①简单，资源占用少
不需要复杂的任务管理数据结构和调度算法，因此占用的内存和CPU资源较少，特别适合资源受限的单片机，之前这个架构多次用于51单片机的项目。
          
②能完全掌控
代码都是自己写的，相对移植RTOS来说，更能掌控，减少由于对系统不熟，给产品埋雷的风险。任务也是按顺序执行的，没有复杂的任务切换，调试时更容易跟踪和分析问题。
③任务分离
通过任务创建函数OS_CreatTask，将不同的功能分配给不同的任务。这种分离确保了每个任务只关注一件事情，提高了代码的可读性和可维护性。   
          
④灵活性
创建任务时，可以为每个任务分配不同执行频率，从而调整任务执行顺序，可以很灵活地控制任务执行，也非常适合周期性的任务。
          
⑤减少CPU占用，响应更快
虽然在这个架构中没有明确的任务优先级，但可以通过调整任务的执行频率或顺序，来间接实现优先级控制。
          
传统while(1)死循环的用法，CPU一直在忙碌地执行某个代码块，而轮询式架构可以让CPU在没有任务执行时，处于空闲状态，一旦任务准备好执行，它可以立即开始运行，减少响应时间。
不过有一点，需要人为控制每个任务的代码效率，尽量不要有延时高的代码。
    
⑤扩展性强
虽然架构简单，但通过增加任务和调整调度逻辑，系统仍然可以扩展以支持更多的功能，比如增加现场切换功能和任务优先级管理，即是最精简的RTOS系统。
这种轮询式任务调度系统，虽然不支持真正的并发执行，但以更简单，高效的方式来管理多个任务，对于大多数的单片机项目来说，其实也够了。至少我还没碰到过，非要上RTOS才能完成的产品。
          
这个架构也有配套的开源视频，是我2018年录着玩的，不过代码已申请版权，非学员不能直接用于自己项目，可以学习这种编程思维，要的找我安排。   
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二、功能模块化
如果是项目功能比较多，一定要采用模块化的方式，以便于后期的代码维护和移植。
拿我们无际特训营项目6的代码举例，创建了3个任务，分别管理硬件层、中间层、应用层的功能。
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1.硬件层
主要是单片机外设，以及一些外围芯片的驱动程序，比如定时器、LED、语音输出、按键、串口、ADC、EEPROM。   
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然后不同的硬件驱动程序也是相互独立的。   
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2.中间层
主要是一些协议的解析，比如mqtt、lora、4G等，还有就是一些硬件层的应用程序，比如屏显示图案，电池电量检测逻辑，外电检测逻辑等。   
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不同的功能程序也是相互独立的。   
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3.应用层
就是具体的产品逻辑功能实现代码，比如菜单系统，防盗报警模式逻辑等等。
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我们在做功能的时候，也要有架构的思维，需要考虑到后续功能的扩展和移植。
          
比如我们做菜单的时候，会考虑到后期如果项目需要增加或删减界面，怎么设计比较方便灵活。
          
我们目前的做法是通过结构体数组来管理每个界面，然后通过双向链表让各界面建立联系。
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类似的还有很多，比如说LED，按键这种，基本也是每个产品的刚需。
          
三、怎么去锻炼架构思维和能力？
一般的工程师，会在工作了3,4年左右，才能意识到程序架构的必要性，也取决于你什么时候能有机会独立完成复杂的项目，这个时候你会发现，原来的知识体系不够用。
          
心态上不用太着急和焦虑，按照正确的方向努力，很快就能具备架构设计能力。
          
一般流程是这样的。
1.先实现功能
先不要考虑架构，先把功能实现出来，再从功能里面找规律。
             
比如一个按键检测代码，和10个按键，其实也就是加个for循环，代码就能复用。
          
比如LED灯的特效，其本质就是输出的高低电平波形持续的时间不一样，我们是否能用一个数组来存储波形数据，通过定时器配合小算法来输出波形呢？
这些代码，都是要一步步迭代的，可能修改10次，就比较完美了，不要要求一写就接近完美，容易自闭。
  
还有就是多接触优秀的工程师和项目，没条件的可以看看STM32固件库代码，看看蓝牙协议栈，看看RTOS，这些都是开源的产品级代码。

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