對于無 os 的系統，流行的設計是主程序(主循環 ) + （定時）中斷，這種結構雖然符合自然想法，不過卻有很多不利之處，首先是中斷可以在主程序的任何地方發生，隨意打斷主程序。其次主程序與中斷之間的耦合性（關聯度）較大，這種做法 使得主程序與中斷纏繞在一起，必須仔細處理以防不測。

那么換一種思路，如果把主程序全部放入（定時）中斷中會怎么樣？這么做至少可以立即看到幾個好處: 系統可以處于低功耗的休眠狀態，將由中斷喚醒進入主程序; 如果程序跑飛，則中斷可以拉回；沒有了主從之分（其他中斷另計），程序易于模塊化。

(題外話：這種方法就不會有何處喂狗的說法，也沒有中斷是否應該盡可能的簡短的爭論了)

為了把主程序全部放入（定時）中斷中，必須把程序化分成一個個的模塊，即任務，每個任務完成一個特定的功能，例如掃描鍵盤并檢測按鍵。 設定一個合理的時基 (tick), 例如  5, 10 或 20 ms,  每次定時中斷，把所有任務執行一遍，為減少復雜性，一般不做動態調度（最多使用固定數組以簡化設計，做動態調度就接近 os 了），這實際上是一種無優先級時間片輪循的變種。來看看主程序的構成：

                void main()

                {

                   ….   // Initialize

                   while (true) {

                                IDLE；     //sleep

                   }

                }

這里的 IDLE 是一條sleep 指令，讓 mcu 進入低功耗模式。中斷程序的構成

                void Timer_Interrupt()

                {

                                 SetTimer();

                                 ResetStack();

                                 Enable_Timer_Interrupt;

                                 ….

進入中斷后，首先重置Timer, 這主要針對8051, 8051 自動重裝分頻器只有 8-bit, 難以做到長時間定時；復位 stack ，即把stack 指針賦值為棧頂或棧底（對于 pic， TI DSP 等使用循環棧的 mcu 來說，則無此必要），用以表示與過去決裂，而且不準備返回到中斷點，保證不會保留程序在跑飛時stack 中的遺體。Enable_Timer_Interrupt 也主要是針對8051。8051 由于中斷控制較弱，只有兩級中斷優先級，而且使用了如果中斷程序不用 reti 返回，則不能響應同級中斷這種偷懶方法，所以對于 8051, 必須調用一次 reti 來開放中斷：

                 _Enable_Timer_Interrupt:

                                acall       _reti

                 _reti:        reti         

下面就是任務的執行了，這里有幾種方法。第一種是采用固定順序，由于mcu 程序復雜度不高，多數情況下可以采用這種方法：

…

                Enable_Timer_Interrupt;

                ProcessKey();

                RunTask2();

                …

                RunTaskN();

                while (1) IDLE；

可以看到中斷把所有任務調用一遍，至于任務是否需要運行，由程序員自己控制。另一種做法是通過函數指針數組：

                #define CountOfArray(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))

typedef void (*FUNCTIONPTR)();

const FUNCTIONPTR[] tasks = {

ProcessKey,

RunTask2，

…

RunTaskN

};

                void Timer_Interrupt()

                {

                                 SetTimer();

                                 ResetStack();

                                 Enable_Timer_Interrupt;

                     for (i=0; i<CountOfArray (tasks), i++)

                                (*tasks[i])();

         while (1) IDLE；

}

使用const 是讓數組內容位于 code segment （ROM) 而非 data segment (RAM) 中，8051 中使用 code 作為 const 的替代品。

(題外話：關于函數指針賦值時是否需要取地址操作符 & 的問題，與數組名一樣，取決于 compiler. 對于熟悉匯編的人來說，函數名和數組名都是常數地址，無需也不能取地址。對于不熟悉匯編的人來說，用 & 取地址是理所當然的事情。Visual C++ 2005對此兩者都支持)

這種方法在匯編下表現為散轉, 一個小技巧是利用 stack 獲取跳轉表入口:

                                    mov                A, state

                                             acall                MultiJump

                                             ajmp               state0

                                             ajmp               state1

                                    ...

MultiJump:                  pop                DPH

                                 pop                DPL

                                 rl                    A

                                 jmp                @A+DPTR

還有一種方法是把函數指針數組（動態數組，鏈表更好，不過在 mcu 中不適用）放在 data segment 中，便于修改函數指針以運行不同的任務，這已經接近于動態調度了：

FUNCTIONPTR[COUNTOFTASKS] tasks;

                tasks[0] = ProcessKey;

                tasks[0] = RunTaskM;

                tasks[0] = NULL;

                             ...

                            FUNCTIONPTR pFunc;

                for (i=0; i< COUNTOFTASKS; i++)  {

                          pFunc = tasks[i]);

                          if (pFunc != NULL)

                                      (*pFunc)();

                }

通過上面的手段，一個中斷驅動的框架形成了，下面的事情就是保證每個 tick 內所有任務的運行時間總和不能超過一個 tick 的時間。為了做到這一點，必須把每個任務切分成一個個的時間片，每個 tick 內運行一片。這里引入了狀態機 (state machine) 來實現切分。關于 state machine,  很多書中都有介紹， 這里就不多說了。

(題外話：實踐升華出理論，理論再作用于實踐。我很長時間不知道我一直沿用的方法就是state machine，直到學習UML/C++，書中介紹 tachniques for identifying dynamic behvior，方才豁然開朗。功夫在詩外，掌握 C++, 甚至C# JAVA, 對理解嵌入式程序設計，會有莫大的幫助)

狀態機的程序實現相當簡單，第一種方法是用 swich-case 實現：

            void RunTaskN()

                {

                switch (state) {

                                case 0: state0(); break;

                                case 1: state1(); break;

                                …

                                case M: stateM(); break;

                                default:

                                                state = 0;

                }

}

另一種方法還是用更通用簡潔的函數指針數組：

const FUNCTIONPTR[] states = { state0, state1, …, stateM };

void RunTaskN()

{

(*states[state])();

}

下面是 state machine 控制的例子：

void state0() { }            

void state1() { state++; }   //  next state;

void state2() { state+=2; }   //  go to state 4;

void state3() { state--; }      //  go to previous state;

void state4() { delay = 100; state++; }

void state5() { delay--; if (delay <= 0) state++; }   //delay 100*tick

void state6() { state=0; }      //  go to the first state

一個小技巧是把第一個狀態 state0 設置為空狀態，即：

                void state0() { }

這樣，state =0可以讓整個task 停止運行，如果需要投入運行，簡單的讓 state = 1 即可。

以下是一個鍵盤掃描的例子，這里假設 tick = 20 ms, ScanKeyboard() 函數控制口線的輸出掃描，并檢測輸入轉換為鍵碼，利用每個state 之間 20 ms 的間隔去抖動。

                enum EnumKey {

EnumKey_NoKey =  0,

…

    };

                struct StructKey {

                                int                keyValue;

                                bool                keyPressed;

    } ;

struct StructKeyProcess key;

void ProcessKey() { (*states[state])(); }              

                void state0() { }            

                void state1() { key.keyPressed = false; state++; }

                void state2() { if (ScanKey() != EnumKey_NoKey) state++; }  //next state if a key pressed

                void state3()

    {                                                               //debouncing state

                                key.keyValue = ScanKey();

                                if (key.keyValue == EnumKey_NoKey)

                                                state--;

                                else {

                                                key.keyPressed = true;      

                                                state++;

                                }                

    }  

    void state4() {  if (ScanKey() == EnumKey_NoKey) state++; }  //next state if the key released

                void state5() {  ScanKey() == EnumKey_NoKey? state = 1 : state--; }

上面的鍵盤處理過程顯然比通常使用標志去抖的程序簡潔清晰，而且沒有軟件延時去抖的困擾。以此類推，各個任務都可以劃分成一個個的state, 每個state 實際上占用不多的處理時間。某些任務可以劃分成若干個子任務，每個子任務再劃分成若干個狀態。

(題外話：對于常數類型，建議使用 enum 分類組織，避免使用大量 #define 定義常數)

對于一些完全不能分割，必須獨占的任務來說，比如我以前一個低成本應用中紅外遙控器的軟件解碼任務，這時只能犧牲其他的任務了。兩種做法：一種是關閉中斷，完全的獨占;

            void RunTaskN()

    {

                Disable_Interrupt;

                …

                Enable_Interrupt;

    }          

第二種，允許定時中斷發生，保證某些時基 register 得以更新;

                void Timer_Interrupt()

                {

                                SetTimer();

                                Enable_Timer_Interrupt;

                                UpdateTimingRegisters();

                                if (watchDogCounter = 0) {

                                               ResetStack();

                                                for (i=0; i<CountOfArray (tasks), i++)

                                                                (*tasks[i])();

            while (1) IDLE；

        }

        else

                watchDogCounter--;          

    }

只要watchDogCounter 不為 0，那么中斷正常返回到中斷點，繼續執行先前被中斷的任務，否則，復位 stack, 重新進行任務循環。這種狀況下，中斷處理過程極短，對獨占任務的影響也有限。

中斷驅動多任務配合狀態機的使用，我相信這是mcu 下無os 系統較好的設計結構。對于絕大多數 mcu 程序設計來說，可以極大的減輕程序結構的安排，無需過多的考慮各個任務之間的時間安排，而且可以讓程序簡潔易懂。缺點是，程序員必須花費一定的時間考慮如何切分任務。

下面是一段用 C 改寫的CD Player 中檢測 disc 是否存在的偽代碼，用以展示這種結構的設計技巧，原源代碼為Z8 mcu 匯編, 基于 Sony 的 DSP, Servo and RF 處理芯片, 通過送出命令字來控制主軸/滑板/聚焦/尋跡電機，并讀取狀態以及 CD 的sub Q 碼。這個處理任務只是一個大任務下用state machine切開的一個二級子任務，tick = 20 ms。

                state1() { InitializeMotor(); state++; }

                state2() { 

if (innerSwitch != ON) {

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorBackward);

timeout = MILLISECOND(10000)； 

state++;                // 滑板電機向內運動, 直至觸及最內開關。

}

else

            state +=                2;

    }              

                state3() {

                                if ((--timeout) == 0) {   //note: some C compliers do not support (--timeout) ==

                                                SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop)

                                                systemErrorCode = EnumErrorCode_InnerSwitch;

                                                state = 0;    // 10 s 超時錯誤，

        }

        else {

                if (innerSwitch == ON) {

                                                        SendCommand(EnumCommand _SlidingMotorStop)

                                timeout = MILLISECOND(200);                  // 200ms電機停止時間 

                                state++;

                }

}

    }

                state4() { if ((--timeout) == 0) state++; }                  //等待電機完全停止

                state5() { 

SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorForward);

timeout = MILLISECOND(2000)； 

state++;

}                // 滑板電機向外運動,脫離inner switch

                state6() {

                                if ((--timeout) == 0) {    

                                                SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop)

                                                systemErrorCode = EnumErrorCode_InnerSwitch;

                                                state = 0;              // 2 s 超時錯誤，

}

else {

                if (innerSwitch == OFF) {

                                                        SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop)

                                timeout = MILLISECOND(200);                  // 200ms電機停止時間 

                                state++;

                }

}

                }

                state7() { state4(); } 

                state8() { LaserOn(); state++; retryCounter = 3;}                 //打開激光器

                state9() {

SendCommand(FocusUp);

state++; 

timeout = MILLISECOND(2000)；

    }                  //光頭上舉，檢測聚焦過零 3 次，判斷cd 是否存在

                state10() {

                                if (FocusCrossZero)  {

                                                systemStatus.Disc = EnumStatus_DiscExist;   

                                                SendCommand(EnumCommand_AutoFocusOn);    //有cd, 打開自動聚焦。

                                    state = 0;                             //本任務結束。

                                    playProcess.state = 1;                //啟動 play 任務

                                }

                                else if ((--timeout) == 0) {

                                                SendCommand(EnumCommand_ FocusClose);                  //光頭聚焦復位

                                                if ((--retryCounter) == 0) {

                                                                systemStatus.Disc = EnumStatus_Nodisc;       //無盤

                                                                displayProcess.state = EnumDisplayState_NoDisc;  //顯示閃爍的無盤  

                                                                LaserOff();

                                                                state = 0;                //任務停止

            }

            else

                            state--;                                 //再試               

        }

                }

    stateStop() {

                SendCommand(EnumCommand_SlidingMotorStop);

    SendCommand(EnumCommand_FocusClose); 

    state = 0;

    }