单片机C语言程序设计与并发编程：多任务和多线程编程技术详解

# 1. 单片机C语言程序设计基础**

单片机C语言程序设计是单片机开发的基础，它提供了强大的编程能力和丰富的库函数支持。本章将介绍单片机C语言程序设计的语法、数据类型、运算符、控制语句、函数和数组等基本知识，为后续的并发编程打下坚实的基础。

**1.1 语法规则**

单片机C语言遵循标准C语言语法，包括关键字、标识符、常量、变量、表达式和语句等。掌握语法规则是编写正确程序的前提，需要熟练运用语法规则来组织代码结构。

**1.2 数据类型**

单片机C语言支持多种数据类型，包括整型、浮点型、字符型和指针型等。不同数据类型具有不同的取值范围和运算规则，选择合适的数据类型对于程序效率和正确性至关重要。

# 2. 并发编程基础

### 2.1 并发编程的概念和优势

#### 2.1.1 并发与并行的区别

并发和并行是两个经常混淆的概念。并发是指多个任务同时执行，但它们并不是同时进行的，而是交替执行。并行是指多个任务真正同时执行，每个任务都有自己的处理器或内核。

在单片机系统中，并发编程通常用于在单核处理器上实现多任务处理。通过交替执行不同的任务，并发编程可以提高系统的响应能力和吞吐量。

#### 2.1.2 并发编程的应用场景

并发编程在单片机系统中有着广泛的应用，包括：

- **实时控制系统：**需要快速响应外部事件的系统，例如工业控制和医疗设备。
- **数据采集与处理：**需要同时收集和处理大量数据的系统，例如传感器网络和数据采集系统。
- **人机交互：**需要同时处理用户输入和显示信息的系统，例如图形用户界面和嵌入式系统。

### 2.2 并发编程的实现方式

#### 2.2.1 多任务编程

多任务编程是一种并发编程方式，它将程序分解为多个独立的任务，这些任务在单个处理器上交替执行。每个任务都有自己的栈和局部变量，并且可以独立运行。

**实现方式：**

- **轮询调度：**操作系统周期性地轮询所有任务，并为每个任务分配一个时间片。当一个任务的时间片用完时，操作系统将切换到下一个任务。
- **优先级调度：**操作系统根据任务的优先级分配时间片。优先级高的任务将获得更多的执行时间。

**代码示例：**

// 创建任务
TaskHandle_t task1, task2;
xTaskCreate(task1_function, "Task 1", 1024, NULL, 1, NULL);
xTaskCreate(task2_function, "Task 2", 1024, NULL, 2, NULL);

// 启动调度器
vTaskStartScheduler();

**逻辑分析：**

这段代码创建了两个任务，task1 和 task2。任务1 的优先级为 1，任务2 的优先级为 2。操作系统将根据优先级调度任务，这意味着 task2 将获得比 task1 更多的执行时间。

#### 2.2.2 多线程编程

多线程编程是一种并发编程方式，它允许在一个进程内创建多个线程。线程共享相同的内存空间，但有自己的栈和局部变量。线程可以同时执行，从而提高系统的并行性。

**实现方式：**

- **创建线程：**使用 `pthread_create()` 函数创建线程。
- **终止线程：**使用 `pthread_join()` 函数终止线程。
- **线程间通信：**使用互斥锁、信号量和条件变量等机制实现线程间通信和同步。

**代码示例：**

// 创建线程
p