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在單片機多任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計中,中斷機制和查詢機制是兩種常見的任務(wù)處理方式。二者各有優(yōu)缺點,適用場景也不同,選擇哪種機制更好,取決于系統(tǒng)的實際需求、任務(wù)數(shù)量、處理頻率及對實時性的要求。
一、中斷機制(Interrupt)
中斷是指系統(tǒng)在處理某個任務(wù)時,當(dāng)外部或內(nèi)部出現(xiàn)特定事件時,暫停當(dāng)前任務(wù),轉(zhuǎn)而處理該事件的服務(wù)程序,處理完成后再恢復(fù)原任務(wù)的執(zhí)行。
優(yōu)點:
(1)實時性強:響應(yīng)速度快,適用于對時間敏感的事件。
(2)資源占用低:CPU在無事件發(fā)生時可繼續(xù)執(zhí)行主任務(wù),不需頻繁檢查狀態(tài)。
缺點:
(1)中斷嵌套易導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰:如果中斷任務(wù)過多,前一個還未處理完,后一個又接踵而至,可能造成中斷堆積,系統(tǒng)將陷入混亂甚至崩潰。
(2)系統(tǒng)效率下降:頻繁進出中斷會造成大量的現(xiàn)場保護與恢復(fù)操作,開銷較大,尤其在中斷處理函數(shù)較復(fù)雜或處理時間較長時,整體系統(tǒng)效率大打折扣。
(3)中斷優(yōu)先級控制復(fù)雜:多級中斷時需要謹(jǐn)慎設(shè)計優(yōu)先級,否則可能導(dǎo)致重要事件延遲響應(yīng)。
二、查詢機制(Polling)
查詢是指系統(tǒng)按照一定周期主動檢測外設(shè)狀態(tài)或事件是否發(fā)生,并作出響應(yīng)。
優(yōu)點:
(1)實現(xiàn)簡單:編程結(jié)構(gòu)清晰,不需要考慮中斷嵌套與優(yōu)先級控制。
(2)適合高頻短任務(wù):當(dāng)事件頻繁但處理較簡單時,查詢方式可減少中斷開銷,提高系統(tǒng)處理效率。
(3)可控性高:查詢頻率、執(zhí)行順序可由程序自由控制,更便于調(diào)試和排查問題。
缺點:
(1)實時性差:事件發(fā)生與被檢測之間存在查詢間隔延遲,可能會遺漏瞬時信號或?qū)е马憫?yīng)不及時。
(2)資源占用高:在任務(wù)少或事件稀少的情況下,CPU仍需不斷輪詢,浪費處理資源。
三、中斷與查詢結(jié)合:中斷觸發(fā) + 查詢處理
在實際系統(tǒng)中,為了兼顧實時性與效率,常采用中斷與查詢結(jié)合的方式,即:中斷喚醒、集中處理”策略:通過中斷檢測事件發(fā)生,在中斷服務(wù)程序中使用查詢的方式處理所有待辦任務(wù)。
應(yīng)用流程示意:中斷觸發(fā) → 進入中斷服務(wù)程序 → 在中斷中循環(huán)查詢各模塊狀態(tài) → 逐一處理所有已發(fā)生事件 → 退出中斷,返回主程序。
兩者結(jié)合的優(yōu)點:
(1)提高效率:減少中斷次數(shù),避免頻繁進入中斷帶來的開銷。
(2)兼顧實時性:利用中斷實現(xiàn)事件快速響應(yīng),及時喚醒CPU。
(3)避免系統(tǒng)崩潰:防止中斷堆積、嵌套過深等問題。
例如,在一個多通道傳感器采集系統(tǒng)中,多個傳感器通過ADC共享通道進行采樣,若每個通道都單獨觸發(fā)中斷,會頻繁打斷主程序。而如果統(tǒng)一采用定時器中斷觸發(fā)一次,進入中斷后統(tǒng)一對所有通道進行采樣查詢處理,既能保證數(shù)據(jù)的新鮮度,又避免系統(tǒng)效率低下。
以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的單片機多任務(wù)處理時中斷和查詢的優(yōu)缺點比較。英銳恩專注單片機應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā),提供8位單片機、32位單片機。