裸机程序设计模式与缺陷
裸机程序的设计模式可以分为：轮询、前后台、定时器驱动、基于状态机。前面三种方法都无法解决一个问题：假设有A、B两个都很耗时的函数，无法降低它们相互之间的影响。第4种方法可以解决这个问题，但是实践起来有难度。
假设一位职场妈妈需要同时解决2个问题：给小孩喂饭、回复工作信息，场景如图2.1所示，后面将会演示各类模式下如何写程序：
. 使用职场妈妈类比裸机和RTOS
轮询模式
示例代码如下：
// 经典单片机程序: 轮询
void main()
{
while (1)
{
喂一口饭();
回一个信息();
}
}
main函数中是一个while循环，里面依次调用2个函数，这两个函数相互之间有影响：如果“喂一口饭”太花时间，就会导致迟迟无法“回一个信息”；如果“回一个信息”太花时间，就会导致迟迟无法“喂下一口饭”。
使用轮询模式编写程序看起来很简单，但是要求while循环里调用到的函数要执行得非常快，在复杂场景里反而增加了编程难度。
前后台
所谓“前后台”就是使用中断程序。假设收到同事发来的信息时，电脑会发出“滴”的一声，这时候妈妈才需要去回复信息。示例程序如下：
// 前后台程序
void main()
{
while (1)
{
// 后台程序
喂一口饭();
}
}
10
// 前台程序
void 滴_中断()
{
回一个信息();
}
第2行的main函数里while循环的代码是后台程序，平时都是while循环在运行；
当同事发来信息，电脑发出“滴”的一声，触发了中断。妈妈暂停喂饭，去执行“滴_中断”给同事回复信息；
在这个场景里，给同事回复信息非常及时：即使正在喂饭也会暂停下来去回复信息。“喂一口饭”无法影响到“回一个信息”。但是，如果“回一个信息”太花时间，就会导致 “喂一口饭”迟迟无法执行。
继续改进，假设小孩吞下饭菜后会发出“啊”的一声，妈妈听到后才会喂下一口饭。喂饭、回复信息都是使用中断函数来处理。示例程序如下：
// 前后台程序
void main()
{
while (1)
{
// 后台程序
}
}
09
// 前台程序
void 滴_中断()
{
回一个信息();
}
15
// 前台程序
void 啊_中断()
{
喂一口饭();
}
main函数中的while循环是空的，程序的运行靠中断来驱使。如果电脑声音“滴”、小孩声音“啊”不会同时、相近发出，那么“回一个信息”、“喂一口饭”相互之间没有影响。在不能满足这个前提的情况下，比如“滴”、“啊”同时响起，先“回一个信息”时就会耽误“喂一口饭”，这种场景下程序遭遇到了轮询模式的缺点：函数相互之间有影响。
定时器驱动
定时器驱动模式，是前后台模式的一种，可以按照不同的频率执行各种函数。比如需要每2分钟给小孩喂一口饭，需要每5分钟给同事回复信息。那么就可以启动一个定时器，让它每1分钟产生一次中断，让中断函数在合适的时间调用对应函数。示例代码如下：
// 前后台程序: 定时器驱动
void main()
{
while (1)
{
// 后台程序
}
}
09
// 前台程序: 每1分钟触发一次中断
void 定时器_中断()
{
static int cnt = 0;
cnt++;
if (cnt % 2 == 0)
{
喂一口饭();
}
else if (cnt % 5 == 0)
{
回一个信息();
}
}
main函数中的while循环是空的，程序的运行靠定时器中断来驱使。
定时器中断每1分钟发生一次，在中断函数里让cnt变量累加（代码第14行）。
第15行：进行求模运算，如果对2取模为0，就“喂一口饭”。这相当于每发生2次中断就“喂一口饭”。
第19行：进行求模运算，如果对5取模为0，就“回一个信息”。这相当于每发生5次中断就“回一个信息”。
这种模式适合调用周期性的函数，并且每一个函数执行的时间不能超过一个定时器周期。如果“喂一口饭”很花时间，比如长达10分钟，那么就会耽误“回一个信息”；反过来也是一样的，如果“回一个信息”很花时间也会影响到“喂一口饭”；这种场景下程序遭遇到了轮询模式的缺点：函数相互之间有影响。
基于状态机
当“喂一口饭”、“回一个信息”都需要花很长的时间，无论使用前面的哪种设计模式，都会退化到轮询模式的缺点：函数相互之间有影响。可以使用状态机来解决这个缺点，示例代码如下：
// 状态机
void main()
{
while (1)
{
喂一口饭();
回一个信息();
}
}
在main函数里，还是使用轮询模式依次调用2个函数。
关键在于这2个函数的内部实现：使用状态机，每次只执行一个状态的代码，减少每次执行的时间，代码如下：
void 喂一口饭(void)
{
static int state = 0;
switch (state)
{
case 0:
{
08 /* 舀饭 */
09 /* 进入下一个状态 */
state++;
break;
}
case 1:
{
15 /* 喂饭 */
16 /* 进入下一个状态 */
state++;
break;
}
case 2:
{
22 /* 舀菜 */
23 /* 进入下一个状态 */
state++;
break;
}
case 3:
{
29 /* 喂菜 */
30 /* 恢复到初始状态 */
state = 0;
break;
}
}
}
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void 回一个信息(void)
{
static int state = 0;
40
switch (state)
{
case 0:
{
45 /* 查看信息 */
46 /* 进入下一个状态 */
state++;
break;
}
case 1:
{
52 /* 打字 */
53 /* 进入下一个状态 */
state++;
break;
}
case 2:
{
59 /* 发送 */
60 /* 恢复到初始状态 */
state = 0;
break;
}
}
}
以“喂一口饭”为例，函数内部拆分为4个状态：舀饭、喂饭、舀菜、喂菜。每次执行“喂一口饭”函数时，都只会执行其中的某一状态对应的代码。以前执行一次“喂一口饭”函数可能需要4秒钟，现在可能只需要1秒钟，就降低了对后面“回一个信息”的影响。
同样的，“回一个信息”函数内部也被拆分为3个状态：查看信息、打字、发送。每次执行这个函数时，都只是执行其中一小部分代码，降低了对“喂一口饭”的影响。
裸机程序的缺陷
使用裸机程序的缺陷，可以罗列如下：
① 无法彻底解决任务之间相互影响的问题
② 无法让高优先级的任务立刻运行
③ 效率问题
对于缺陷1，使用状态机模式可以降低任务相互之间的影响。但是很多场景里，函数A、B并不容易拆分为多个状态，并且这些状态执行的时间并不好控制。
缺陷2的示例代码如下：
while (1)
{
if (A_Is_Ready())
A();
If (B_Is_Ready())
B();
}
假设B函数优先级更高，当B函数能运行时我们想让它“立刻”能运行。当函数A正在运行的过程中，B_Is_Ready的条件满足了，B函数也无法“立刻”运行。
缺陷3：对于上述代码，假设“A_Is_Ready”函数很少为真，你也需要次次进行判断。这导致效率降低。