单片机前后台轮询控制框架

      在单片机开发中，代码结构往往由“main主函数+一堆if语句+中断服务函数”构成，随着项目复杂化，容易出现混乱、不易维护的代码。

        为了构建清晰、可扩展、响应及时的系统框架，前后台轮询结构是一种非常实用的设计思路。

        本文对前后台架构、如何实现轮询机制，以及如何管理系统任务的执行优先级与效率进行讨论。

一、什么是“前后台轮询”结构？
        前后台结构是一种将“实时响应任务”与“非实时轮询任务”分离的单片机编程框架：

前台（中断服务）：用于响应“事件驱动”的突发事务，例如：按键中断、串口接收、定时器超时等；

后台（主循环）：不断轮询任务标志，根据前台产生的事件决定是否执行相应处理逻辑。

关键思想：中断只设置标志，不做处理；主循环根据标志执行实际任务。

二、最小可行例子：按键处理

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volatile uint8_t key_flag = 0;







// 前台：中断服务函数，只置标志



void EXTI0_IRQHandler(void) {



    key_flag = 1;



    EXTI->PR = 1 << 0;  // 清除中断



}







// 后台：主循环中轮询标志并处理



int main(void) {



    while (1) {



        if (key_flag) {



            key_flag = 0;



            handle_key_press();  // 执行实际业务



        }







        other_tasks();  // 其他周期性任务



    }



}

优点：

中断执行极快，避免阻塞；

处理逻辑集中在主循环，方便调试、跟踪；

易于拓展其他任务与调度控制。

三、通用后台轮询任务框架
        使用结构体或函数数组，管理多个“轮询任务”，构建简易调度器：

方法1：任务函数数组轮询

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typedef void (*TaskFunc)(void);







void task_led(void);



void task_adc(void);



void task_uart(void);







TaskFunc task_list[] = {



    task_led,



    task_adc,



    task_uart,



};







int main(void) {



    while (1) {



        for (int i = 0; i < sizeof(task_list)/sizeof(TaskFunc); i++) {



            task_list[i]();



        }



    }



}



方法2：任务调度结构体（含时间间隔）



typedef struct {



    void (*task_func)(void);



    uint16_t interval_ms;



    uint32_t last_tick;



} Task_t;







Task_t task_list[] = {



    {task_led, 100, 0},



    {task_adc, 500, 0},



    {task_uart, 0, 0},  // 轮询，无延时



};







void scheduler(void) {



    uint32_t now = millis();



    for (int i = 0; i < sizeof(task_list)/sizeof(Task_t); i++) {



        if (task_list[i].interval_ms == 0 || now - task_list[i].last_tick >= task_list[i].interval_ms) {



            task_list[i].last_tick = now;



            task_list[i].task_func();



        }



    }



}

        主循环只需调用 scheduler();，实现多任务周期调度。

四、前后台通信机制：标志、环形缓冲、事件队列
标志变量（适用于单次触发）

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volatile uint8_t uart_rx_flag = 0;







void USART_IRQHandler(void) {



    uart_rx_flag = 1;



}



环形缓冲区（适用于数据流）



uint8_t rx_buffer[64];



volatile uint8_t rx_head = 0, rx_tail = 0;







void USART_IRQHandler(void) {



    rx_buffer[rx_head++] = USART->DR;



    rx_head %= 64;



}



事件队列/事件枚举（适用于多任务系统）



typedef enum {



    EVENT_NONE,



    EVENT_KEY,



    EVENT_UART_RX,



    EVENT_SENSOR_READY,



} SystemEvent_t;







volatile SystemEvent_t event_queue[8];



volatile uint8_t evt_head = 0, evt_tail = 0;







void push_event(SystemEvent_t e) {



    event_queue[evt_head++] = e;



    evt_head %= 8;



}







SystemEvent_t pop_event(void) {



    if (evt_head == evt_tail) return EVENT_NONE;



    SystemEvent_t e = event_queue[evt_tail++];



    evt_tail %= 8;



    return e;



}



主循环中执行任务：







void XXX_IRQHandler(void)



{



    push_event(EVENT_XXX);



}







void main(void)



{



    while(1){



        SystemEvent_t evt = pop_event();



        switch (evt) {



            case EVENT_KEY: handle_key(); break;



            case EVENT_UART_RX: handle_uart(); break;



        }



    }



}

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