嵌入式软件编程中的异步、同步非阻塞、同步阻塞的对比

傷城~ 2022-02-02 00:59 228阅读 0赞

# 嵌入式软件编程中的异步、同步非阻塞、同步阻塞的对比 #

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## 异步 ##

异步的执行效率是最高的，中断就是异步的，中断驱动比轮询驱动的效率高，这毋庸置疑。然而，异步程序的设计也是最困难的，状态的存储问题、代码分散的问题、控制反转的问题，每个问题都很棘手。

异步可以高效地实现任务并发，异步实现并发很省时钟，也很省 RAM，就是比较费脑子，对 ROM 的需求是略微增多的，因为异步编程会产生很多小函数，还不能做内联等优化，因为这些小函数要作为回调函数来使用。

## 同步阻塞 ##

同步阻塞是最简单的，最符合人的思维习惯的，也符合过程式语言（例如C语言）的使用习惯。阻塞的情况分三种：

*  有操作系统的支持，那么阻塞时可以挂起当前任务去执行其它任务。这种情况下，虽然时钟没有被浪费掉，但是每个任务都需要独立的堆栈空间，这会增大对 RAM 的需求。
 *  裸机环境下，阻塞时执行繁忙等待，这种情况下，CPU 是在空转，白白浪费了时钟，也白白浪费了能量。
 *  裸机环境下，阻塞时进入休眠，等待中断来唤醒，这种情况下，浪费了时钟，但节省了能量，不过在设计上要多一些工作，唤醒也是要配置过的。

同步阻塞只有在操作系统的支持下才能够实现任务并发，并发的任务越多，需要越多的 RAM；没有操作系统的情况下不能实现并发。

## 同步非阻塞 ##

同步非阻塞则是执行效率和设计简单性的一个折中。首先，它是同步的，符合程序的编写习惯，其次，它是非阻塞的，当外设没有准备就绪时，它不会死等，而是去执行其它任务或进入休眠。

同步非阻塞可以实现任务并发，其执行效率比异步略低，因为要经常来轮询一下外设的情况，如果外设仍然没有准备就绪，那么当前这次轮询是浪费的，而异步是外设准备就绪的情况下才会执行回调函数。但明显高于同步阻塞。

同步非阻塞的实现需要借助状态机，这点与异步编程类似。可以设计显式的状态机，但是这不容易，设计显式的状态机，首先要对状态机建模，确定状态机的状态以及迁移等，然后就是繁复的编码。不过，可以借助协程库（例如 Protothreads）来创建隐式状态机，借助协程可以将同步非阻塞的设计编码成同步阻塞那样直观，本质上程序是按同步非阻塞执行的，但代码看起来就像是同步阻塞一样，借助协程可以大大简化同步非阻塞的设计和编码。

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