單片機編程魔法師之高級裸編程思想

第1章 數(shù)據(jù)驅(qū)動程序 1
1．1 數(shù)據(jù)驅(qū)動程序 1
【導(dǎo)讀】本節(jié)通過對數(shù)據(jù)驅(qū)動程序的概念的界定（1．1．1節(jié)）與數(shù)據(jù)驅(qū)動程序的簡介（1．1．2節(jié)），讓讀者初步了解數(shù)據(jù)驅(qū)動程序。
1．1．1 數(shù)據(jù)驅(qū)動程序的定義 1
1．1．2 數(shù)據(jù)驅(qū)動程序簡介 2
1．2 4支方波問題與測試模型 4
【導(dǎo)讀】本節(jié)對4支方波同步實現(xiàn)的問題（本書的問題1）進行了分析（1．2．1節(jié)），并建立一個數(shù)字測試模型（1．2．2節(jié)）。本節(jié)只是數(shù)據(jù)驅(qū)動程序的引子，具體的數(shù)據(jù)驅(qū)動程序的編寫需要經(jīng)歷一個漫長的演變才能完成（在后續(xù)章節(jié)中逐步實現(xiàn)）。
1．2．1 問題1與分析 4
1．2．2 測試模型 5
1．3 一支峰谷等寬方波的實現(xiàn) 6
【導(dǎo)讀】為了獲得4支方波同步實現(xiàn)的解決方法，先簡化問題，從一支有規(guī)律的峰谷等寬的特例方波的實現(xiàn)入手來尋求答案。本節(jié)先對這支特例方波進行特性分析（1．3．1節(jié)），然后利用常規(guī)方法進行實現(xiàn)（1．3．2節(jié)），最后通過1．2．2節(jié)建立的仿真測試模型對這支特例波的實現(xiàn)效果進行驗證。
1．3．1 問題1-1與分析 6
1．3．2 實現(xiàn) 8
1．3．3 仿真 8
1．4 一支峰谷不等寬方波的實現(xiàn) 9
【導(dǎo)讀】本節(jié)對解決問題的任務(wù)進行了深入分析，將這支等寬的特例方波改成不等寬的普通方波，并對這支普通方波進行分析（1．4．1節(jié)）與實現(xiàn)（1．4．2節(jié)），最后進行仿真驗證（1．4．3節(jié)）。為了向終極目標邁進，本節(jié)對這次實現(xiàn)的代碼進行了亮點分析（1．4．4節(jié)），從而引導(dǎo)讀者從平凡的代碼中去尋求那些寶貴的關(guān)鍵點。
1．4．1 問題1-2與分析 9
1．4．2 實現(xiàn) 10
1．4．3 仿真 11
1．4．4 亮點分析 11
1．5 兩支波的實現(xiàn) 12
【導(dǎo)讀】通常，多支波的難度系數(shù)遠遠大于1支波的難度系數(shù)，而多支波的波數(shù)對難度系數(shù)的影響不大。但是波數(shù)越小，復(fù)雜度就越小。所以本節(jié)從多支波集合中的2支波向終極問題挺進。本節(jié)在對問題進行分析（1．5．1節(jié)）之后很輕松地就進行了實現(xiàn)（1．5．2節(jié)），似乎困難根本就沒存在過。接下來的仿真（1．5．3）繼續(xù)為研究的深入提供了信心，而亮點分析（1．5．4節(jié)）則向讀者暗示：這里的代碼很平凡，但是里頭卻隱藏著什么。
1．5．1 問題1-3與分析 12
1．5．2 實現(xiàn) 14
1．5．3 仿真 15
1．5．4 亮點分析 15
1．6 4支波的實現(xiàn) 16
【導(dǎo)讀】本節(jié)通過對問題的分析（1．6．1節(jié)）、實現(xiàn)（1．6．2節(jié)）與仿真，呈現(xiàn)給讀者一個完整的解決方案，但這個方案只是一個普通的方案。至此讀者需要思考的是：這個普通的方案與數(shù)據(jù)驅(qū)動有著什么樣的關(guān)聯(lián)呢？
1．6．1 問題1-4與分析 16
1．6．2 實現(xiàn) 17
1．6．3 仿真 19
1．7 冗余代碼的一次簡化 20
【導(dǎo)讀】煩則思變，一個常規(guī)的方法往往是不完美的，但是我們所期待的完美卻又離不開一個不完美的開始。所以我們絕不能盲目拋棄一個不完美的方案，本節(jié)通過對這個常規(guī)方案的亮點分析（1．7．1節(jié)），然后進行合理簡化（1．7．2節(jié)），從而尋求一種科學(xué)的編程思路。
1．7．1 亮點分析 21
1．7．2 代碼簡化 22
1．8 冗余代碼的二次簡化 23
【導(dǎo)讀】隨著簡化進程的推進，數(shù)據(jù)驅(qū)動程序的思想已經(jīng)躍然于代碼之上（1．8．2節(jié)）。
1．8．1 亮點分析 24
1．8．2 代碼簡化 24
1．9 冗余代碼的三次簡化 26
【導(dǎo)讀】優(yōu)化后的代碼（1．8．2節(jié)）帶給我們新的啟示（1．9．1節(jié)），數(shù)據(jù)可以從代碼中分離出去了，分離出去的數(shù)據(jù)稱為數(shù)據(jù)腳本（1．9．2節(jié)），我們可以用播放器來播放這種腳本（1．9．3節(jié)），到此我們將對編程耳目一新，也到了思考的時候了（1．9．4節(jié)）。
1．9．1 數(shù)碼分離的啟示 26
1．9．2 數(shù)據(jù)腳本 27
1．9．3 數(shù)據(jù)驅(qū)動的實現(xiàn) 28
1．9．4 回顧與思考 29
1．10 4支波數(shù)據(jù)驅(qū)動程序應(yīng)用 29
【導(dǎo)讀】我們獲得了一種新的思想，現(xiàn)在可以小試牛刀了，將4支方波的形式轉(zhuǎn)換一種面目（1．10．1節(jié)），這看似迥然不同的問題，是不是會讓我們有顧慮？其實不必擔(dān)心，我們輕松就能解決這種問題（1．10．2節(jié)）。
1．10．1 問題2與分析 30
1．10．2 實現(xiàn) 32
1．10．3 仿真 33
1．10．4 回顧與思考 33
1．11 總結(jié) 34
【導(dǎo)讀】繼續(xù)將問題異樣化（1．11．1節(jié)），更復(fù)雜的現(xiàn)象依然遵循一個簡單的道理。至此我們將見識數(shù)據(jù)驅(qū)動的強大力量，所以我們得讓這種程序衣冠楚楚地出現(xiàn)在我們的面前（1．11．2節(jié)至1．11．4節(jié)），我們得從方法論上掌握這種思想（1．11．5節(jié)）。
1．11．1 問題3與分析 34
1．11．2 規(guī)范腳本 35
1．11．3 規(guī)范播放器 36
1．11．4 規(guī)范實現(xiàn) 37
1．11．5 回顧與思考 38
第2章 并行多任務(wù)程序 42
2．1 初識并行多任務(wù)程序 42
【導(dǎo)讀】什么是并行多任務(wù)程序（2．1．1節(jié)）？單片機能不能勝任并行處理工作（2．1．2節(jié)）？本節(jié)將給出答案。
2．1．1 釋義 42
2．1．2 單片機能力的評估 43
2．2 并行三任務(wù)問題與測試平臺 45
【導(dǎo)讀】為了見識并行多任務(wù)程序的廬山真面目，本節(jié)同樣利用典型問題（2．2．1節(jié)）作為開篇，并建立了一個新的測試模型（2．2．2節(jié)）。
2．2．1 問題4與分析 45
2．2．2 測試模型 46
2．3 并行三任務(wù)問題的順序編程 47
【導(dǎo)讀】我們是不是習(xí)慣于使用常規(guī)思維來思考問題？我們可以用這種方法來做做看（2．3．2），然后仔細審視一下實現(xiàn)的效果（2．3．3節(jié)、2．3．5節(jié)、2．3．6節(jié)），是不是看似正確，又存在問題（2．3．7節(jié)）？這就是常常出現(xiàn)的所謂的不穩(wěn)定現(xiàn)象（2．3．8節(jié)）。
2．3．1 問題與分析 47
2．3．2 實現(xiàn) 48
2．3．3 仿真一 50
2．3．4 測試分析 50
2．3．5 仿真二 52
2．3．6 仿真三 53
2．3．7 仿真四 53
2．3．8 回顧與思考 54
2．4 運行時序 55
【導(dǎo)讀】問題的根源是什么？是我們需要掌握單片機運行時的時序真相（2．4．1節(jié)），要真正了解一個中央處理單元應(yīng)該如何運行多任務(wù)（2．4．2節(jié)、2．4．3節(jié)）。
2．4．1 時序分析 55
2．4．2 并行多任務(wù) 56
2．4．3 并行多任務(wù)的可行性 57
2．5 我們的微操作系統(tǒng) 59
【導(dǎo)讀】裸編程時，我們常常習(xí)慣視環(huán)境的存在，這也正是裸編程的典型特征，但是新的需求讓這種思想窘態(tài)百出，我們需要自己的微操作系統(tǒng)（MOS，2．5．3節(jié)），需要在MOS中編寫全新理念的程序。
2．5．1 操作系統(tǒng)與并行多任務(wù) 59
2．5．2 單片機的優(yōu)劣分析 60
2．5．3 微操作系統(tǒng) 62
2．6 任務(wù)的生與死 63
【導(dǎo)讀】在MOS中編程，我們必須要遵守一定的約束，把任務(wù)看作一個個的生命體，并讓它們生活在MOS中，而我們則掌握著它們的生殺大權(quán)（2．6．4節(jié)、2．6．5節(jié)）。
2．6．1 問題5與分析 63
2．6．2 問題5的實現(xiàn) 63
2．6．3 暗點分析 64
2．6．4 任務(wù)的生死狀態(tài) 65
2．6．5 “生”與“死”的實現(xiàn) 65
2．6．6 回顧與思考 66
2．7 一個任務(wù)的線程 67
【導(dǎo)讀】簡化問題，各個擊破，是解決問題的絕佳方法，所以本節(jié)先實現(xiàn)一個任務(wù)（2．7．2節(jié)），然后探究其中的奧秘（2．7．3節(jié)）。
2．7．1 問題與分析 67
2．7．2 實現(xiàn) 69
2．7．3 回顧與思考 71
2．8 并行多任務(wù)線程 73
【導(dǎo)讀】為了實現(xiàn)并行多任務(wù)，我們先引入一個與硬件關(guān)的純代碼問題（2．8．1節(jié)），這樣便于對代碼規(guī)律進行研究（2．8．3節(jié)）。
2．8．1 問題與分析 73
2．8．2 實現(xiàn) 74
2．8．3 回顧與思考 76
2．9 并行多任務(wù)多線程的數(shù)據(jù)與代碼分離 78
【導(dǎo)讀】數(shù)據(jù)與代碼分離的編程策略再次登場（2．9．1節(jié)），由此可見這種策略是一種必不可少的思想基礎(chǔ)（2．9．3節(jié)）。
2．9．1 問題與分析 78
2．9．2 實現(xiàn) 81
2．9．3 回顧與思考 84
2．10 任務(wù)的生命 86
【導(dǎo)讀】也許我們認為生死與生命是一個東西，但是嚴格來說，二者并不是一個東西。本節(jié)將揭示二者的差別所在。
2．10．1 問題與分析 86
2．10．2 實現(xiàn) 87
2．10．3 回顧與思考 90
2．11 任務(wù)的復(fù)活 92
【導(dǎo)讀】本節(jié)將賦予裸編程者以造物主的思想，不但可以決定一個任務(wù)的生死，還可以任意地讓某個任務(wù)重生。
第3章 定時器與延時器 94
3．1 并行多任務(wù)多線程的等待方案 94
【導(dǎo)讀】等待（3．1．1節(jié)）是讓順序編程思想崩塌的火山，如果沒有這種耗時大戶，順序編程思想仍能茍延殘喘。所以我們必須要接觸這兩個傳奇英雄（3．1．2節(jié)）。
3．1．1 概述 94
3．1．2 軟件定時器與軟件延時器 95
3．2 一個軟件定時器 96
【導(dǎo)讀】學(xué)會使用軟件定時器，能讓我們不再為有限的硬件定時器而苦惱，所以需要先實現(xiàn)（3．2．4節(jié)）一個軟件定時器（3．2．1節(jié)），以便獲得定時器的新概念。
3．2．1 問題6與分析 96
3．2．2 測試模型 97
3．2．3 問題與分析 97
3．2．4 實現(xiàn) 99
3．2．5 仿真 100
3．3 8個軟件定時器 100
【導(dǎo)讀】我們知道，1與多迥然不同，但是2與多則差異不大。所以本節(jié)我們直接從1個軟件定時器的實現(xiàn)變成8個軟件定時器（3．3．1節(jié)）的實現(xiàn)（3．3．2節(jié)）。
3．3．1 問題與分析 100
3．3．2 實現(xiàn) 102
3．3．3 仿真 107
3．3．4 回顧與思考 107
3．4 軟件定時器代碼優(yōu)化 109
【導(dǎo)讀】代碼優(yōu)化是編程者一項重要的工作內(nèi)容，而不論這種優(yōu)化能進行到什么程度。軟件定時器的代碼該如何優(yōu)化呢（3．4．1節(jié)）？請看這里的實現(xiàn)（3．4．2節(jié)）。
3．4．1 問題與分析 109
3．4．2 實現(xiàn) 110
3．4．3 回顧與思考 114
3．5 時基中斷的時序與主程序的關(guān)系 114
【導(dǎo)讀】盡管軟件定時器解決了單片機定時器資源的不足，但是軟件定時器到底能有多少呢？本節(jié)將回答這個問題。
3．5．1 時序分析 114
3．5．2 回顧與思考 116
3．6 一個延時器 116
【導(dǎo)讀】雖然軟件定時器使用起來已經(jīng)很方便了，但它總是在擠兌其他任務(wù)，它具有很高的優(yōu)先級，而有時我們并不希望耗時短的任務(wù)進行過長的等待，所以我們需要一種優(yōu)先級低的延時工具――延時器。
3．6．1 問題7與分析 116
3．6．2 實現(xiàn) 118
3．6．3 回顧與思考 119
3．7 8個延時器 120
【導(dǎo)讀】與軟件定時器一樣，延時器也會多個并存而呈現(xiàn)為并行多任務(wù)形態(tài)，這里引入8個延時器并發(fā)運行的問題（3．7．1節(jié)）并提出解決方案（3．7．2節(jié)）。
3．7．1 問題與分析 120
3．7．2 實現(xiàn) 120
3．7．3 回顧與思考 126
3．8 延時器的優(yōu)化 126
【導(dǎo)讀】延時器的實現(xiàn)代碼如何優(yōu)化？本節(jié)將會詳細討論（3．8．2節(jié)）。
3．8．1 問題與分析 126
3．8．2 實現(xiàn) 128
3．9 任務(wù)代碼的初步改造 132
【導(dǎo)讀】問題4提出已久，但是我們并未正面解決它，而是插入了并行多任務(wù)的編程思想，這些思想與問題4有什么關(guān)聯(lián)呢（3．9．1節(jié)）？請看本節(jié)是如何處理的（3．9．2節(jié)）。
3．9．1 問題與分析 132
3．9．2 實現(xiàn) 132
3．9．3 回顧與思考 135
3．10 消息處理 136
【導(dǎo)讀】在一個MOS中編程，往往會產(chǎn)生不少新的編程策略，消息機制就是一個典型。本節(jié)將重點介紹消息機制（3．10．1節(jié)）并舉例說明消息處理代碼編寫的方法（3．10．2節(jié)）。
3．10．1 問題與分析 136
3．10．2 實現(xiàn) 137
3．10．3 問題分析 139
3．10．4 實現(xiàn) 139
3．10．5 回顧與思考 142
3．11 廣播消息 142
【導(dǎo)讀】盡管消息機制只是一個概念，但是對應(yīng)消息的處理卻十分豐富。本節(jié)將重點探討消息是如何廣播的。
3．11．1 問題與分析 142
3．11．2 實現(xiàn) 143
3．11．3 回顧與思考 147
3．12 任務(wù)代碼的最終改造 148
【導(dǎo)讀】萬事俱備，現(xiàn)在我們只需要利用并行多任務(wù)思想、消息機制、任務(wù)嵌套手段來分析問題4（3．12．1節(jié)）與解決問題4（3．12．2節(jié)）就可以了，對于新程序的正確性我們可以進行仔細驗證（3．12．3節(jié)），您一定會發(fā)現(xiàn)，原來一個好的思想是多么的神奇，您甚至不用擔(dān)心會存在BUG。
3．12．1 問題與分析 149
3．12．2 實現(xiàn) 149
3．12．3 仿真 154
3．12．4 回顧與思考 154
3．12．5 亮點分析 155
3．13 狀態(tài)指示燈 155
【導(dǎo)讀】這是一個常見的問題，也是并行多任務(wù)思想的一個典型綜合應(yīng)用。為了節(jié)省資源，設(shè)備只有一個指示燈，它必須同時完成不同狀態(tài)的指示（沖突時靠后者指示優(yōu)先），如何做到這一點呢？本節(jié)將給出完整的實現(xiàn)策略。
3．13．1 問題8與分析 155
3．13．2 測試模型 157
3．13．3 實現(xiàn) 157
3．13．4 回顧與思考 161
第4章 面向?qū)ο蟮某绦?162
4．1 計算機的語言特征 162
【導(dǎo)讀】發(fā)現(xiàn)新思想，從用正確的視角看C語言開始（4．1．1節(jié)）；了解智能芯片的心情，從了解自己的心情開始（4．1．2節(jié)）。本節(jié)將從思想角度來引導(dǎo)讀者走出常規(guī)思維的盲區(qū)。
4．1．1 正視C語言 162
4．1．2 以對象看世界 163
4．2 兔類的傳奇 164
【導(dǎo)讀】代碼中的對象理解起來十分生澀，但是我們可以從生活中的對象開始（4．2．1節(jié)），一只兔子能帶給我們什么樣的啟迪（4．2．2節(jié)）？一只兔子與兔子的種群有著什么樣的關(guān)系（4．2．3節(jié)、4．2．4節(jié)）？本節(jié)將要展示單片機內(nèi)心世界中的兔子種群是什么樣的（4．2．5節(jié)）。
4．2．1 兔類淺說 164
4．2．2 單片機中的兔類 165
4．2．3 兔類的結(jié)構(gòu) 166
4．2．4 兔類的屬性成員 167
4．2．5 兔類的實現(xiàn) 169
4．3 兔子的傳奇 170
【導(dǎo)讀】我們可以像上帝一樣設(shè)計一個種群，然后根據(jù)這個種群的特點創(chuàng)造一只只的兔子對象。本節(jié)將深刻探討兔子對象有著什么樣的傳奇。
4．3．1 問題9與分析 170
4．3．2 實現(xiàn) 171
4．3．3 回顧與思考 173
4．4 面向?qū)ο缶幊痰臅鴮懸?guī)范 174
【導(dǎo)讀】如何讓思想成為方法論，這也是本書的重要任務(wù)之一。本節(jié)打開從思想通向?qū)嵺`的時空隧道，指引讀者一步步將面向?qū)ο笏枷肼涞綄嵦帯?br />4．4．1 問題與分析 174
4．4．2 實現(xiàn) 180
4．5 方波對象 184
【導(dǎo)讀】單片機中幾乎不會有兔子，但會有方波。本節(jié)從一個走進單片機內(nèi)心世界的兔子模型開始講解，逐漸引導(dǎo)讀者進入單片機的內(nèi)心世界去看一支方波。因為只有方波才是單片機內(nèi)心世界的常見對象。
4．5．1 問題10與分析 184
4．5．2 測試模型 186
4．5．3 綜合分析一 186
4．5．4 增補的面向?qū)ο缶幊痰念^文件 189
4．5．5 綜合分析二 190
4．5．6 實現(xiàn) 198
4．5．7 仿真 207
4．5．8 回顧與思考 207
第5章 對象的歸宿 209
5．0 引言 209
【導(dǎo)讀】思想與方法論的改變對我們的產(chǎn)品和工作會帶來哪些影響呢？本節(jié)簡單地引出問題。
5．1 解密對象魔法 209
【導(dǎo)讀】生命是一個對象的本質(zhì)特征，掌握對象的生命特征是靈活運用對象思想的重要保證。
5．1．1 對象的生命特征 210
5．1．2 對象生命特征的含義 210
5．2 項目管理 211
【導(dǎo)讀】對象思想的項目化是面向?qū)ο缶幊踢M入實踐的基本途徑，本節(jié)將探討如何用一個Keil C的Project文檔來組織一個對象思想的程序。
5．2．1 項目的內(nèi)容 211
5．3 項目的實現(xiàn) 214
【導(dǎo)讀】本節(jié)組織文檔的內(nèi)容。
5．3．1 文檔的落實 214
5．3．2 文檔的分包 222
5．4 對象文檔與項目分離 224
【導(dǎo)讀】為了增加代碼的可再用性，我們得讓常用代碼與某一個具體的項目分離。對象就是這種典型的常用代碼，我們得讓它從物質(zhì)基礎(chǔ)上獨立于整個項目。
5．4．1 任務(wù)與分析 224
5．4．2 面向?qū)ο缶幊痰膶哟侮P(guān)系 225
5．5 源碼的商業(yè)保護 226
【導(dǎo)讀】商業(yè)保護是日常工作的一個重要事務(wù)，保護源碼，發(fā)布二進制碼是一個基本做法，而庫制作則是實現(xiàn)二進制碼發(fā)布的一個重要工具，本節(jié)具體介紹庫的相關(guān)知識。
5．5．1 庫文件 226
5．5．2 庫中的模塊 227
5．5．3 制作庫 228
5．5．4 使用對象庫 229
5．5．5 庫、模塊與對象的關(guān)系 230
5．5．6 庫的操作 230
5．5．7 創(chuàng)庫計劃 232
5．6 對象的花絮 233
【導(dǎo)讀】一個思想上的對象，屬于上層建筑的內(nèi)容，所以它依賴很多物質(zhì)基礎(chǔ)（5．6．2節(jié)、5．6．3節(jié)），任何一個離散的物質(zhì)基礎(chǔ)都會對它產(chǎn)生或多或少的影響，我們要掌握這些虛虛實實的內(nèi)在關(guān)聯(lián)（5．6．3節(jié)），并能抽象與總結(jié)這種客觀的存在（5．6．1節(jié)、5．6．4節(jié)）。
5．6．1 對象分析的觀點 233
5．6．2 內(nèi)存統(tǒng)籌的觀點 234
5．6．3 虛擬與現(xiàn)實相通的觀點 234
5．6．4 常見的對象 238
第6章 寶貝車的綜合應(yīng)用 241
6．1 寶貝車簡介 241
【導(dǎo)讀】通過一個具體的寶貝車應(yīng)用（6．1．1節(jié)）來將前面所述思想進行一個綜合的實踐。
6．1．1 問題11 241
6．2 對象分析 242
【導(dǎo)讀】對象與對象之間既獨立，又合作，本節(jié)通過寶貝車的對象分析來介紹對象關(guān)系的處理方法（6．2．1節(jié)），并構(gòu)造一個寶貝車的對象資源庫（6．2．2節(jié)）。
6．2．1 組合對象與實現(xiàn) 242
6．2．2 寶貝車的庫項目 246
6．3 實現(xiàn)對象 248
【導(dǎo)讀】本節(jié)完成寶貝車對象的各種行為特征的全部代碼設(shè)計。
6．3．1 車輪的定義 248
6．3．2 脈沖發(fā)生器 249
6．3．3 寶貝車的控制 252
6．3．4 寶貝車的創(chuàng)建 253
6．3．5 實現(xiàn) 254
6．3．6 修成正果 259
6．4 對象的使用 259
【導(dǎo)讀】本節(jié)將演示在一個具體的項目中如何很方便地使用一個共享的獨立對象代碼資源庫中的對象――寶貝車。
參考文獻 261