嵌入式系統/超級迴圈架構

嵌入式系統

在為嵌入式系統程式設計時，重要的是滿足系統的時限，並在合理的時間內完成系統的所有任務，同時也要以良好的順序執行。本頁將討論一種常見的程式架構，稱為超級迴圈架構，它在滿足這些要求方面非常有用。

定義

超級迴圈是一種程式結構，它包含一個無限迴圈，系統的所有任務都在該迴圈中執行。以下是超級迴圈實現的一般虛擬碼。

Function Main_Function()
{
  Initialization();
  Do_Forever
  {
    Check_Status();
    Do_Calculations();
    Output_Response();
  }
}

我們在進入超級迴圈之前執行初始化例程，因為我們只想初始化系統一次。一旦無限迴圈開始，我們就不想重置值，因為我們需要在嵌入式系統中維護持久狀態。

迴圈實際上是經典“批處理”控制流的一種變體：讀取輸入，計算一些值，寫入值。一直執行，直到沒有更多輸入資料“卡”。因此，嵌入式系統軟體並不是唯一使用這種架構的軟體型別。例如，電腦遊戲經常使用類似的迴圈。在那裡，迴圈被稱為（緊密）(主)遊戲迴圈。

節能超級迴圈

假設我們有一個嵌入式系統，它的平均迴圈時間為1毫秒，並且只需要每秒檢查一次特定輸入。繼續迴圈程式似乎是一種浪費，尤其是在大多數情況下我們不需要做任何事情的時候。在這種情況下，程式將在讀取輸入之前迴圈1000次，程式的其他999次迴圈僅僅是到下一次讀取的倒計時。在這種情況下，讓處理器一直以100%的容量執行效率極低。現在，我們將實現一個擴充套件的超級迴圈來構建一個延遲。

Function Main_Function()
{
  Initialization();
  Do_Forever
  {
    Check_Status();
    Do_Calculations();
    Output_Response();
    Delay_For_Next_Loop();
  }
}

請注意，我們如何在超級迴圈末尾添加了一個延遲？如果我們將此延遲設定為延遲999毫秒，我們不需要迴圈1000次，我們可以在每次迴圈時讀取輸入。

此外，重要的是要注意，許多微控制器都有節能模式，在這種模式下，它們將需要更少的電力，如果系統是透過電池供電的，這將尤其有用。

功耗計算

假設我們有一個微控制器，它在“正常模式”下使用20毫瓦的功率，但在“低功耗模式”下只需要5毫瓦的功率。假設我們正在使用上面的示例超級迴圈，它在99.9%的時間（每秒1毫秒的計算）處於“低功耗模式”，並且僅在0.1%的時間處於正常模式。

$\mathrm {Power} ={\frac {(99.9\%\times 5\ \mathrm {mW} )+(0.1\%\times 20\ \mathrm {mW} )}{100\%}}=5.015\ \mathrm {mW} \quad \mathrm {Average}$

請注意，我們可以透過新增大量的延遲來降低功耗？這尤其重要，因為很少有嵌入式應用程式需要100%的處理器資源。大多數嵌入式系統能夠在低功耗狀態下等待，直到需要時才執行。