1.3.3 消息机制
消息机制是一种常用的信息传递机制，外设中断或者节拍例行处理往往是消息的来源，通过预处理压缩提取特征值后，按类型和值组合成消息规定的格式发送到消息队列中保存。大循环从消息队列中读取消息（一般采用先进先出原则读取），根据消息的类型找到相应的事件处理函数，对消息值进行处理。
一般来说，我们把外设中断或者节拍例行处理产生消息这么一个事情，叫作“事件”，以PC为例，按下一次鼠标、键盘，都是一个事件，这样我们就可以理解为：事件产生消息，大循环获取消息执行相应的处理，所以消息机制也叫事件驱动编程机制（图1-11）。
图1-11 消息机制原理
节拍例行处理中扫描到按键，先分析按键是否正确，之后抛出消息在大循环中执行界面程序。那么大家可能会问，为什么不直接在中断中处理呢？一般建议在中断中尽可能少地处理事情，仅处理需要紧急处理的事情，比如检测到一个信号、接收一个数据等，因为中断有优先级，若当前中断优先级较高，需要处理这个事件，过长的处理时间会耽误其他优先级低的中断事件。一般地讲，捕获一个事件必须要高速，而处理这个事件往往不需要很高的速度。比如按键，需要及时准确捕获，但处理这个按键事件，因人对于菜单界面响应速度可以说是百毫秒级别的，还有因为菜单界面的数据量较大，尤其是彩屏，所以需要较长时间，这取决于屏幕的规格，都不能太快，所以可以放在大循环中执行（多媒体视频除外）。
可以说，消息机制是连接前后台架构三要素中断、节拍与大循环的纽带，它有效解决了各外部设备因为速度、时间、数据量等不同引起的处理及时性问题，协调了系统的运转。需要注意的是，消息只能在大循环中接收，不能在中断或者节拍中接收。相比于最简单的标记位，消息机制形式固定，结构清晰，可阅读性强，并且携带更多的信息量，也具有缓冲存储特点，方便了使用。
MS的消息采用16 bit数据形式，高八位为消息类型，低八位是消息值，两条宏定义用于读取16 bit消息的消息类型与消息值，这样就无需关心到底是高八位，还是低八位，直接用宏定义代替，方便阅读。
代码清单1-4：消息获取宏定义
#define GetMessageType(message) UshortToByte1(message) // 获取消息类型 #define GetMessageData(message) UshortToByte0(message) // 获取消息值
消息队列如同日常中的银行办事排队，银行的大厅就是整个数组，每个人就是一个消息，银行的规矩就是这个数据结构，它要求先来的先办，后来的顺序排队，这就是一种最简单的消息机制，先进先出，其工作步骤如图1-12所示。
图1-12 消息机制工作步骤
代码清单1-5：消息队列数据结构
#define MessageBufferSum 4 // 消息队列深度 struct MessageQueue // 定义一个队列结构体 { ushort * Start; // 指针指向队列开始 ushort * End; // 指针指向队列结束 ushort * In; // 指针插入一个消息 ushort * Out; // 指针取出一个消息 Byte Size; // 队列长度 Byte Entries; // 消息长度 ushort Buffer[MessageBufferSum]; // 队列存储数组 } static struct MessageQueue idata MessageQueue; // 定义消息队列实体
消息使用前，必须对消息队列进行初始化，代码如下。
代码清单1-6：消息队列初始化
void InitMessageQueue(void)
{
MessageQueue.Start = MessageQueue.Buffer; // 队列头
MessageQueue.End = MessageQueue.Buffer+MessageBufferSum-1; // 队列尾
MessageQueue.In = MessageQueue.Start; // 插入点
MessageQueue.Out = MessageQueue.Start; // 取出点
MessageQueue.Size = MessageBufferSum; // 队列长度
MessageQueue.Entries = 0; // 消息长度
}
消息使用前，必须定义消息类型，用一个枚举定义了各种消息类型，代码如下。
代码清单1-7：消息类型枚举
typedef enum
{
MessageKey = 0xFF, // 按键消息类型
MessageUsart = 0xFE, // 串口消息类型
MessageInt0 = 0xFD, // 外部中断0消息类型
MessageInt1 = 0xFC, // 外部中断1消息类型
// 请填充类型
MessageTimer = 0xF0 // 最小值，不允许其他类型小于它
MessageEnum;
}
发送消息需要把8 bit消息类型和8 bit消息值合并成16 bit类型，再发送到消息队列中去。考虑到兼容软件定时器为特殊类型消息的情况，消息定义从0xFF开始定义，从高向低定义，最低不得低于MessageTimer消息。默认允许16个消息类型，当需要更多消息类型时，把MessageTimer类型值降低。之所以这么做，是因为软件定时器Timer消息类型需要传递一个16 bit的地址，而消息整个的长度也是16 bit，这样就无法再来用消息类型和消息值这种方式了，常规的做法：一种是发送两条定时器消息，把16 bit的地址分两次发送；另一种是设计一个静态全局地址变量，临时存放，发送一条Timer消息之后，从这个地址变量中取16 bit地址即可。MS采用一种全新的设计思路，因为考虑到只有Timer才需要16 bit消息值，因为它的唯一性，把等于或者低于MessageTimer类型值的类型，都看作是Timer消息的高八位值，这样跟原来的消息值组成了16 bit。因为消息类型实际使用非常有限，往往只需要几个。因此，只要程序大小不大于0xF000，也就是61K，就不会出现任何冲突，而超过61K的MCU51程序，非常非常之少。一旦真的超过，又必须要使用时，请采用前面说的两种办法进行修改即可。MS针对Timer采用特殊处理带来的好处是，消息的长度统一，这部分请读者仔细理解。
消息源产生消息，需要发送消息到消息队列中，发送消息不能被其他中断打断，以免引起混乱。发送消息代码如下。
代码清单1-8：发送消息
void PostMessage(MessageEnum message, ushort value)
{
EnterCritical(); // 进入临界态
Assert(MessageQueue.Entries <= MessageQueue.Size); // 断言，判断是否满
if(message == MessageTimer) // 软件定时器类型
*MessageQueue.In = value; // 直接赋16 bit地址
else // 常规消息
{
UshortToByte1(*MessageQueue.In) = messageType; // 把类型赋给高地址
UshortToByte0(*MessageQueue.In) = value & 0xFF; // 把值赋给低地址
}
MessageQueue.In++; // 消息入口加一
if(MessageQueue.In > MessageQueue.End) // 入口越界循环
MessageQueue.In = MessageQueue.Start;
MessageQueue.Entries++; // 消息数量加一
ExitCritical(); // 退出临界态
}
EnterCritical()与ExitCritical()函数总是成对出现的，这是为了保证在整个发送消息的过程中，不被中断打断。因为发送消息分好多步，这个过程中一旦有中断进来，而这个中断也要发送消息，可能会导致消息的顺序等产生其他异常，不可预测，这种情况叫临界态，EnterCritical是进入临界态保护，保证中断关闭，ExitCritical是退出临界态，恢复原状态。
Assert为断言，其实就是一条宏指令，是自己定义的，用于判断条件是否正确，假设Entries<Size，说明消息队列没有满，可以继续执行；若这个条件不满足，就会导致断言成功，打印出错误信息。断言是一种简单、有效的缺陷捕获机制，可以简化编程。出厂前测试常用断言，让机器长期运行，经历各种状态，压力测试，一旦出现异常就可以捕获。出厂时，建议屏蔽断言，用（void）0空操作代替即可。因为出厂之后，一旦出现异常，导致致命情况是不允许的。
代码清单1-9：断言宏原型
#define Assert(express) if (!(express)) {printf("\nAssert: " #express "\n"); while(1);}
if（messageType==MessageTimer），判断是否为软件定时器消息，软件定时器消息是唯一特殊消息，当等于或者小于这个消息类型，传递的消息就是这个软件定时器16 bit的地址信息；当大于Timer消息类型时，就是常规的填充消息。
等待消息比较简单，先检测消息队列是否存在消息，若没有，一直检测，若需要看门狗喂狗，建议在这个检测中添加；当发现存在消息时，读取即可。在等待的过程中，可以喂狗，防止系统崩溃，自动重启。代码如下。
代码清单1-10：等待消息
ushort PendMessageQueue(void)
{
ushort message;
while(MessageQueue.Entries == 0) // 等待消息
{ /* 推荐在这里喂狗 */ };
message = *MessageQueue.Out++; // 消息出口加一
MessageQueue.Entries--; // 消息数量减一
if (MessageQueue.Out > MessageQueue.End) // 出口越界循环
MessageQueue.Out = MessageQueue.Start;
return(message); // 返回消息
}
消息机制除了用于连接中断、节拍、大循环三者解决高速响应与低速执行的矛盾外，消息机制还可以灵活应用，比如可以把消息理解为一个连接符，那么可以用它来把一些执行时间长的事件分解为短的几块。以录音为例，在存储时，又有按键响应需要关闭存储，存储时间因为较长，会产生一种按键失效的错觉，此时可以利用消息机制有效地避免这个问题，可以把存储分解为好几段，各段存储完后，发出存储下一段的消息，用消息把各个小段连接起来，这样当有按键事件产生时，可将其插入到各段的消息之中，因为按键被提前了，所以提高了关闭的响应速度。消息机制还可以用于解决函数嵌套的深度问题，有些函数调用嵌套过深，会导致内存消耗过大而编译失败，这时可以通过消息机制，把一个很长的函数调用分解为多个很短的函数调用，并且入口都在大循环main函数里面。从而有效地解决了内存的问题。此法在MCU51下特别有效，当初调用一个别人提供的CH375 U盘存储库文件，这个库文件本身函数嵌套已很深了，而需要调用这个函数的是一个菜单目录也较深的界面，所以导致内存不够用，后来采用在调用菜单位置抛出一个消息，在大循环中调用U盘库，这个问题得以完美解决。
消息机制很清晰地把中断、节拍和大循环进行分工，通过消息连接起来，其好处是保证了中断、节拍不会修改大循环中的变量，这样不会出现变量的临界态问题，提高了系统的稳定性，关于临界态问题，后续有讲解。