基于CortexM的配電終端實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)報(bào)告(共53頁)

1、基于Cortex-M4的配電(pi din)終端實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)報(bào)告1 設(shè)計(jì)(shj)背景看了網(wǎng)絡(luò)上有多篇介紹基于飛思卡爾Kinetis的FTU設(shè)計(jì)方案，筆者對(duì)飛思卡的kinetis系列芯片也有所關(guān)注，在飛思卡爾與萬利共同設(shè)計(jì)推出的MAPS-K64開發(fā)套件初期心理癢癢地就不由自主地購入了一套，由于專注工作等原因一直沒空把這板子(bn zi)用起來。目前筆者手頭還有NXP LPC1768，IMX.287, STM32F4，CC2530，MSP430F等開發(fā)板，這些板子也僅使用過一段時(shí)間后就閑置在工具箱里躺著了。當(dāng)下創(chuàng)客是一個(gè)充滿活力與希望年輕群體，李總理大力推進(jìn)“大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新”，高度關(guān)注

2、并為創(chuàng)客們點(diǎn)贊。當(dāng)看著這一大堆用真金白銀購入的板子還閑置在工具箱里，某天心頭來勁一定不能白瞎花這個(gè)錢得把它們折騰起來，咱也要用實(shí)際行動(dòng)向創(chuàng)客精神致敬。首當(dāng)其沖被選中是MAPS-K64開發(fā)套件，一是因?yàn)镵64強(qiáng)悍的性能，二是開發(fā)套件提供的外設(shè)資源較為豐富，基于它設(shè)計(jì)一個(gè)FTU軟件方案實(shí)現(xiàn)最為強(qiáng)勁的實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，因?yàn)楣P者熱鐘于RTOS的應(yīng)用設(shè)計(jì)，碼農(nóng)當(dāng)用上RTOS后完全不想回到“裸奔”時(shí)代，配電網(wǎng)的FTU軟件設(shè)計(jì)一直崇尚“裸奔”，對(duì)此我只想以本設(shè)計(jì)報(bào)告來證實(shí)應(yīng)用RTOS實(shí)時(shí)效果更為優(yōu)越。筆者手中沒有飛思卡爾官方設(shè)計(jì)的FTU方案軟件源碼，本軟件方案純屬按個(gè)人思路進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，不存在如有雷同的情形，筆

3、者崇尚開源精神，恪守職業(yè)道德，首選應(yīng)用開源軟件代碼，本方案未采用任何與FTU相關(guān)公司的商業(yè)代碼(可以說完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，嘿嘿，開個(gè)玩笑，本軟件方案未申請(qǐng)經(jīng)有關(guān)部門審核頒布認(rèn)證_)，包括MAPS-K64開發(fā)套件提供的例程都未使用，它的部分例程還是完全不能用的，各模塊均按照統(tǒng)一規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。芯片驅(qū)動(dòng)采用飛思卡爾Kinetis最新的軟件開發(fā)包KSDK V1.2，其它中間庫則采用開源軟件代碼(除emWin外，僅個(gè)人學(xué)習(xí)評(píng)估使用，未用于商業(yè)用途)。由于資源、時(shí)間等因素受限，現(xiàn)階段未具有交流采樣板、開入開出板，專業(yè)試驗(yàn)設(shè)備等無法模模擬饋線故障，因而本期主要成果是搭建FTU軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，具備FTU基

4、礎(chǔ)應(yīng)用功能，在軟件設(shè)計(jì)上以極致高效的設(shè)計(jì)，力求在實(shí)時(shí)響應(yīng)上實(shí)現(xiàn)最高性能，達(dá)到實(shí)時(shí)應(yīng)用評(píng)估目的，在II期則補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)FTU其余軟件功能，形成一個(gè)完整的軟件實(shí)現(xiàn)方案。本方案預(yù)期分為三個(gè)階段實(shí)施，I期為軟件開發(fā)平臺(tái)搭建，具備FTU基礎(chǔ)功能，II期為故障判斷，標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，超低功耗BLE的應(yīng)用，基于Qt的維護(hù)配置工具(gngj)的實(shí)現(xiàn)，III期為設(shè)計(jì)交直流和開入開出板驗(yàn)證，項(xiàng)目眾籌等(大膽(ddn)臆想，不一定具備實(shí)施條件)。本文為I期開發(fā)已基本完成的情況(qngkung)作一個(gè)總結(jié)報(bào)告，主要目的有如下三個(gè)方面：1、基于Cortex-M4和RTOS的實(shí)時(shí)響應(yīng)特性展現(xiàn)；2、闡述個(gè)人對(duì)FTU軟件框

5、架設(shè)計(jì)的理解與其高效程序設(shè)計(jì)的一些思想；3、杜絕閉門造車自我感覺良好的局面，與人分享吸納各方改進(jìn)提升建議。2 配電網(wǎng)監(jiān)控終端介紹智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，其主要實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電和配電管理的智能化。智能配網(wǎng)系統(tǒng)配用電自動(dòng)化系統(tǒng)由主站、通信系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)控終端設(shè)備三大部分構(gòu)成，形成一個(gè)完整的信息傳輸與處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程管理。其中自動(dòng)化監(jiān)控終端設(shè)備包括饋線終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）、站所終端（Distribution Terminal Uint, DTU）、配電變壓器終端（Transform Termina

6、l Unit, TTU）等。FTU主要安裝在10kV饋電線路上，對(duì)柱上開關(guān)(斷路器、負(fù)荷開關(guān)、分段開關(guān))進(jìn)行監(jiān)控，完成遙信、遙測、遙控，故障檢測功能，并與配電自動(dòng)化主站通信，提供配電系統(tǒng)運(yùn)行情況和各種監(jiān)測信息，包括開關(guān)狀態(tài)、電能參數(shù)、相間故障、接地故障以及故障時(shí)的參數(shù)，可執(zhí)行配電主站下發(fā)的命令，對(duì)配電終端進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，實(shí)現(xiàn)故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電功能。DTU一般安裝在常規(guī)的開閉所(站)，環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對(duì)開關(guān)設(shè)備的位置信號(hào)、電壓、電流、有功功率，無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)采集與計(jì)算，對(duì)開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線開關(guān)的故障識(shí)別、隔離和對(duì)非故障

7、區(qū)間的恢復(fù)供電。TTU主要用于監(jiān)測并記錄配電(pi din)變壓器運(yùn)行工況，記錄并保存一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)測參數(shù)的整點(diǎn)值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現(xiàn)的時(shí)間，供電中斷及恢復(fù)時(shí)間，形成數(shù)據(jù)表。本文(bnwn)主要構(gòu)建側(cè)重于FTU的配電網(wǎng)實(shí)時(shí)應(yīng)用平臺(tái)，DTU和TTU的實(shí)現(xiàn)亦是通用的。FTU一般(ybn)功能介紹： 交流量采集:采集三相交流電壓和電流(3U3I)，本平臺(tái)軟件模擬(3U3I+U0I0)共8個(gè)交流輸入通道； 實(shí)現(xiàn)電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)，頻率的測量和計(jì)算； 直流量采集：2路直流輸入； 狀態(tài)量采集：開關(guān)狀態(tài)、接地刀閘狀態(tài)采集； 113次諧波分量計(jì)算、三相不

8、平衡度的分析計(jì)算； 遙信輸入(無源，24V)和遙控輸出(合、分閘、常開觸點(diǎn))； 事件順序記錄、歷史記錄、主站下發(fā)信息可當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)； 支持IEC60870-5-101、 IEC60870-5-104、 MODBUS等常用規(guī)約； 支持多種通信方式、提供多路通信接口，提供2路RS 232或2路RS 485串行通信口，2路10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口； 配置GPRS模塊； 具備故障檢測及故障差別功能：過流，過負(fù)荷； 配備后備電源，當(dāng)主電源供電不足或消失時(shí)，能自動(dòng)無縫投入； 具備對(duì)時(shí)功能，支持SNTP等對(duì)時(shí)方式，接收主站或其它時(shí)間同步裝置的對(duì)時(shí)命令，與系統(tǒng)保持同步。3 硬件評(píng)估板介紹目前暫缺手頭暫缺完整的

9、FTU硬件平臺(tái)，只能借助于飛思卡爾聯(lián)合萬利電子推出的MAPS四色板平臺(tái)作為本次評(píng)估開發(fā)板，其具有豐富的通用接口，具有良好的擴(kuò)展性，目前開發(fā)套件由MCU主板和通用外設(shè)板構(gòu)成。MAPS-K64主板MAPS-K64主板特性(txng)： 飛思卡爾K64微控制器-MK64FN1M0VLQ12； 10/100M自適應(yīng)(shyng)以太網(wǎng)接口； FlexBus擴(kuò)展(kuzhn)1Mx16 PSRAM，帶地址鎖在器； FlexBus擴(kuò)展2.8英寸彩色LCD(QVGA 240 x320)； 標(biāo)準(zhǔn)的2.54mm 20pin SWD調(diào)試接口； Full Speed USB Device, Micro B接口供電；

10、 支持RTC功能，3.0V鋰電池給VBAT供電； CN3，CN6擴(kuò)展接口，可與通用外設(shè)板對(duì)接，提供豐富的擴(kuò)展功能； 排針座引出微控制器所有IO口，方便擴(kuò)展MK64FN1M0VLQ12微控制器特性： ARM Cortex-M4內(nèi)核 + DSP，120MHz主頻，單周期MAC，單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)擴(kuò)展，單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元(FPU)； 集成1MB Flash、256KB SRAM、128KB FlexNVM、4KB FlexRAM，F(xiàn)lexBus接口(ji ku)用于連接外部存儲(chǔ)器； 兩個(gè)(lin )16位SAR ADC、兩個(gè)12位DAC、3個(gè)模擬比較(bjio)器、內(nèi)部參考電壓 8兩個(gè)8通道定

11、時(shí)器（PWM/電機(jī)控制），兩個(gè)兩通道定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等； 10/100 M以太網(wǎng)MAC、CAN、USB OTG（支持無晶振USB設(shè)計(jì)）； 3個(gè)SPI模塊、3個(gè)I2C模塊、6個(gè)UART模塊、SDHC接口、I2S模塊，最大支持100個(gè)GPIOs口； 多種低功耗模式，工作電壓：1.713.6V，工作功耗最低可低至250uA/MHz，工作溫度-40105。MAPS通用外設(shè)板MAPS-DOCK板的外設(shè)資源非常豐富，主要包括： 飛思卡爾K20微控制器，基于Cortex-M4處理器，作為板載調(diào)試器； 一個(gè)Micro-SD卡插槽、一個(gè)8Mbit SPI Nor Flash、一個(gè)2Kbit EEPROM； I2

12、S音頻編解碼器，支持一路立體聲耳機(jī)輸出，兩路Speaker輸出，一路麥克風(fēng)輸入； 板載USB調(diào)試器, 支持CMSIS-DAP協(xié)議(xiy)，同時(shí)支持USB轉(zhuǎn)UART功能； USB全速接口(ji ku)、紅外收發(fā)接口、兩個(gè)UART接口、一個(gè)CAN接口； 一個(gè)DAC/PWM Audio輸出(shch)接口； 兩路單端或一路差分ADC輸入； 一個(gè)128x64單色LCD屏，SPI接口； 四個(gè)物理按鍵、四個(gè)LED顯示、一個(gè)五向按鍵、六個(gè)觸摸按鍵。4 實(shí)時(shí)響應(yīng)特性驗(yàn)證汽車沖撞氣囊在汽車發(fā)生碰撞時(shí)是否能及時(shí)彈出是一個(gè)實(shí)時(shí)響應(yīng)的最好例子，若在發(fā)生碰撞后某一截止時(shí)刻后才彈出，則無法起到應(yīng)有的保護(hù)作用，這是喪失實(shí)

13、時(shí)響應(yīng)導(dǎo)致的后果。配電網(wǎng)饋線終端具備故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域快速恢復(fù)供電功能，若故障檢測實(shí)時(shí)性得不到保證，最終故障是能識(shí)別，但已超過切除故障的理想時(shí)間，饋線上的故障有可能引發(fā)更大范圍的故障。所以筆者認(rèn)為要能快速進(jìn)行故障定位，就必須提供故障定位的實(shí)時(shí)響應(yīng)特性，為此在FTU軟件設(shè)計(jì)非常有必要結(jié)合RTOS的進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。下圖是FTU對(duì)1路饋線的所有遙測量模擬計(jì)算結(jié)果，這么多項(xiàng)計(jì)算結(jié)果是不是有點(diǎn)震撼效果，總共137個(gè)遙測值/饋線的計(jì)算量，還有3個(gè)直流量計(jì)算(后兩者轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.0，即實(shí)際ADC采樣值)，幾乎可以囊括所有的測量值。遙測值的計(jì)算過程極為復(fù)雜，包括64點(diǎn)采樣值的FFT信號(hào)處理，有效值的

14、開平方計(jì)算，相角的反正切計(jì)算，高精度頻率計(jì)算，這些計(jì)算都是極為消耗MCU使用率的。然后再看看MCU的利用率統(tǒng)計(jì)(tngj)結(jié)果：簡直是逆天了，這么繁重的計(jì)算(j sun)任務(wù)竟然僅占用MCU的33%使用率，還有66%的空閑時(shí)間，其實(shí)FTU最繁重的遙測計(jì)算是在App Core Task那個(gè)任務(wù)而已，神馬情況，才19%，是的，你一點(diǎn)都沒有看錯(cuò)，僅僅占用MCU 19%的使用率即可完成一路饋線137個(gè)測量值的計(jì)算，還包括3個(gè)直流量計(jì)算以及9路遙信處理，再看下圖。第一通道為AD周期采樣每5ms輸出上升脈沖(michng)，配電網(wǎng)正常工頻周期為20ms，本平臺(tái)每周期采樣64個(gè)點(diǎn)，即每次完成16個(gè)點(diǎn)(四分之

15、一周波)采樣值輸出脈沖，下降沿是在計(jì)算任務(wù)完成瞬時(shí)遙測值完畢后輸出的，可通過第一通道的脈寬看出故障判斷固有延遲時(shí)長。第2通道的脈沖上升時(shí)刻為每次開始進(jìn)行瞬時(shí)遙測值計(jì)算時(shí)輸出的，下降沿為結(jié)束本次遙測計(jì)算時(shí)輸出的，其中各次脈寬不一要等長，是因?yàn)檫b測值處理有選擇地進(jìn)行濾波計(jì)算所致，每次計(jì)算都是以本次采樣所得的四分之一周波數(shù)據(jù)與前四分之三數(shù)據(jù)進(jìn)行組合計(jì)算的，這樣的滑動(dòng)數(shù)據(jù)窗的數(shù)據(jù)方式，確保以最完整的信息進(jìn)行FFT信息處理。通過觀察第1通道，時(shí)標(biāo)100ms-200ms間共嚴(yán)格地出現(xiàn)了20個(gè)脈沖，T1-T2時(shí)長為99.998750ms，說明采樣完成按照每5ms觸發(fā)App Core Task進(jìn)行遙測計(jì)算。局

16、部放大某一上升沿進(jìn)行(jnxng)兩個(gè)通道對(duì)比圖如下可以清晰地看到，T1-T2時(shí)差僅為11.750us，意味著每5ms采樣完四分之一周波后觸任務(wù)進(jìn)行計(jì)算，任務(wù)實(shí)時(shí)響應(yīng)僅僅只需要11.750微秒而已，請(qǐng)?zhí)貏e注意是11.750微秒，對(duì)于這樣實(shí)時(shí)響應(yīng)特性，技藝超眾的碼農(nóng)設(shè)計(jì)裸奔程序也很難達(dá)到如此快速(kui s)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，以后則可以十分有底氣地說，F(xiàn)TU結(jié)合RTOS進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)響應(yīng)特性更好。再看看(kn kn)下圖：通道1的脈沖寬度:0.649500ms，這意味著從每5ms采樣完成觸發(fā)計(jì)算到瞬時(shí)遙測計(jì)算完畢，僅僅只需要0.649500ms，這意味著故障判斷的固有延時(shí)為：0.65ms左右，完全小

17、于1ms的節(jié)奏啊，所以最為理想的情況是故障在1ms內(nèi)就能夠被檢測出來，最壞的情況是故障被延時(shí)5+0.65ms被檢測出來。筆者還有另一手段進(jìn)行上述時(shí)間的對(duì)比計(jì)時(shí)測量，是應(yīng)用MCU的以120MHz為時(shí)鐘源的計(jì)數(shù)器進(jìn)行消耗時(shí)鐘計(jì)數(shù)，求最小值、平均值、最大值，測試結(jié)果與上述IO脈沖測量相差無幾，在此就不重復(fù)闡述了。下圖為板上按鍵模塊開入進(jìn)行遙信處理生成的SOE，以及網(wǎng)絡(luò)Ping結(jié)果，同樣具備良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)效果：5 程序設(shè)計(jì)(chn x sh j)思想Bob大叔認(rèn)為在代碼閱讀過程中人們說臟話(zn hu)的頻率是衡量代碼質(zhì)量的唯一標(biāo)準(zhǔn)。軟件系統(tǒng)的質(zhì)量好壞，歸根結(jié)義還是需要代碼來告知。代碼優(yōu)劣不僅直接決定

18、了軟件的質(zhì)量，還將直接影響軟件成本。軟件成本由開發(fā)成本和維護(hù)成本組成，而往往維護(hù)成本遠(yuǎn)高于開發(fā)成本，這其中耗費(fèi)的主要成本就是理解代碼和修改代碼造成的，代碼的質(zhì)量與其整潔度成正比。干凈的代碼，既在質(zhì)量上較為可靠，也為后期維護(hù)、升級(jí)奠定了良好的基礎(chǔ)。細(xì)節(jié)決定成敗，思路清晰、言簡意賅(yn jin y gi)的代碼讓程序員一目了然；而格式凌亂、拖沓冗長的代碼讓程序員一頭霧水。除了可以正確運(yùn)行以外，優(yōu)秀代碼必須具備良好的可讀性，編寫的代碼要使人能在最短的時(shí)間內(nèi)理解才行。編碼不僅僅只是一們技術(shù)，也是一門藝術(shù)，編寫可讀性高的代碼尤其如此。代碼最重要的讀者不是編譯器、解釋器或者電腦，而是人，寫出的代碼能讓人

19、快速理解、輕松維護(hù)、容易擴(kuò)展(kuzhn)的程序員才是專業(yè)程序員。精簡、高效、穩(wěn)定、可靠是嵌入式程序設(shè)計(jì)過程所應(yīng)該力爭實(shí)現(xiàn)的，把有限的資源用到極致發(fā)掘出SOC卓越的性能。除可編程器件的程序外，程序運(yùn)行時(shí)是嚴(yán)格按順序執(zhí)行，只有簡單、高效設(shè)計(jì)的程序才能快速響應(yīng)事件，并非應(yīng)用RTOS的程序就具備實(shí)時(shí)響應(yīng)功效了。工業(yè)應(yīng)用的嵌入系統(tǒng)還要求實(shí)現(xiàn)無間斷超長時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)(jn zhn)監(jiān)控，因而務(wù)必在程序設(shè)計(jì)中排除各類不穩(wěn)定因素，比如嚴(yán)格按MISRA-C(汽車制造業(yè)嵌入式C編碼標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。省內(nèi)存、模塊化、可配置、可移植的設(shè)計(jì)也在嵌入式程序設(shè)計(jì)具有重要意義。雖然微控制器的內(nèi)存資源有很大的提升，相對(duì)來說還

20、是比較匱乏的，用最少的內(nèi)存實(shí)現(xiàn)既定的功能可縮減?？臻g的大小，提升程序的高效性。模塊化的程序設(shè)計(jì)可最大程度地減少程序的耦合性，抽象封裝優(yōu)良的模塊可移植性強(qiáng)，可用于多個(gè)應(yīng)用平臺(tái)?？膳渲脛t實(shí)現(xiàn)程序維護(hù)升級(jí)的極大便利性，通過修改一些配置屬性即可實(shí)現(xiàn)特定的需求，減少程序的維護(hù)成本，如FreeRTOSConfig.h， lwipopt.h等均設(shè)計(jì)有可配置選項(xiàng)，使其得到廣泛地應(yīng)用，Micrium公司出品的uCOS-III其代碼堪稱最為規(guī)范而且整潔的程序。軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵思想：代碼應(yīng)該是易于理解的，遵循統(tǒng)一的編程規(guī)范，實(shí)現(xiàn)高效整潔穩(wěn)健的程序設(shè)計(jì)。要充分借鑒C+的分類設(shè)計(jì)思想，把功能按模塊進(jìn)行分類，最大程序減小

21、模塊間的耦合，同時(shí)把通用的功能函數(shù)封裝好，做好一經(jīng)驗(yàn)證正常后續(xù)則可到處快速使用目的。6 軟件架構(gòu)本平臺(tái)軟件架構(gòu)劃分為5個(gè)層次，分別為用戶應(yīng)用層App，通用接口層Common，應(yīng)用支持層Asp，中間層Mid，驅(qū)動(dòng)層Drv。用戶應(yīng)用層AppAppOS、 ComApp、 HmiApp、 MainApp、 NetApp、 ShellApp、SoeApp、 WinApp、 YcApp、 YxApp、 YkApp通用接口CommonCommon、 DbgPrintf、 SoftClock、 StrLib、 StrPrintf應(yīng)用支持層AspExterRam、 FlexBus、 FramFlash、 HwT

22、icker、 I2CBus、LcmDisp、 NorFlash、 GpioPin、 PinMux、 RTC、 SerialCom、SpiBus、 System、 Watchdog中間層MidFreeRTOS V8.20、 LwIP V1.41、 emWin V5.26驅(qū)動(dòng)層DrvKSDK V1.26.1 驅(qū)動(dòng)(q dn)層驅(qū)動(dòng)層為整個(gè)軟件架構(gòu)的最底層，采用飛思卡專門為Kinetis系列設(shè)計(jì)(shj)軟件開發(fā)套件KSDK V1.2，Kinetis軟件開發(fā)套件由強(qiáng)大的外設(shè)驅(qū)動(dòng)、堆棧、中間件和示例應(yīng)用組成，旨在簡化和加速基于所有Kinetis MCU的應(yīng)用開發(fā)。隨MAPS-K64開發(fā)套件發(fā)布的是V1

23、.1，兩個(gè)版本在程序接口上不兼容，應(yīng)用支持層則調(diào)用的是KSDK提供的編程接口，用戶應(yīng)用層則使用應(yīng)用支持層的編程接口，使得這三者保持獨(dú)立性，便于用戶應(yīng)用層程序無縫移植到其它廠家的MCU上運(yùn)行，而僅需移植應(yīng)用支持層即可。6.2 中間層中間層由FreeRTOS、LwIP和emWin構(gòu)成，除emWin外，其余兩者均為開源代碼，emWin為MDK自帶的圖形用戶接口，鑒于工業(yè)應(yīng)用安全可靠要求目前暫未找到具備掉電保存(bocn)，支持磨損平衡特性的開源嵌入式文件系統(tǒng)，開源軟件easyFlash是后續(xù)理想的替代方案。FreeRTOS是Real Time Engineers Ltd.推出的市場領(lǐng)先實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，

24、支持30多種架構(gòu)。它擁有專業(yè)的開發(fā)、嚴(yán)格的質(zhì)量控制、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)和完善的支持，可免費(fèi)在商用產(chǎn)品中使用。LwIP是瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)院(SICS)的Adam Dunkels 開發(fā)的一個(gè)小型開源的 HYPERLINK /view/7729.htm t /_blank TCP/IP協(xié)議棧。主要應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域的開源TCP/IP協(xié)議棧，它的實(shí)現(xiàn)同BSD的實(shí)現(xiàn)有很大的相似性，可以作為TCP/IP協(xié)議的典型代表，它的功能完備，除了實(shí)現(xiàn)TCP/IP的基本通信功能外，還支持DNS、SNMP、DHCP、IGMP等高級(jí)功能應(yīng)用。LwIP實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)是保證在嵌入式設(shè)備RAM、ROM資源有限的情況下實(shí)現(xiàn)TCP協(xié)議的主要功

25、能，因此它具有自己獨(dú)到的一套數(shù)據(jù)包和內(nèi)存管理機(jī)制，使之更適合于在代端的嵌入式系統(tǒng)中使用。emWin是市場上最有效、最全面的GUI產(chǎn)品之一，它和國內(nèi)流行的uCGUI類似，它以ANSI C語言編寫，支持(zhch)任何顯示控制器、顯示器和CPU，本平臺(tái)已成功移植emWin用于驅(qū)動(dòng)彩色LCD，后期做用戶圖形界面開發(fā)。6.3 應(yīng)用(yngyng)支持層應(yīng)用支持層相當(dāng)于板級(jí)驅(qū)動(dòng)包（BSP），統(tǒng)一向上為應(yīng)用層提供支持服務(wù)，故叫應(yīng)用支持層，是對(duì)片上及板上外設(shè)資源進(jìn)行訪問接口的實(shí)現(xiàn)，使應(yīng)用層更為便利地訪問片上及板上的資源，把應(yīng)用層與DRV層完全隔離，增強(qiáng)整個(gè)工程程序地可移植(yzh)性，若移植工程到不同廠家的

26、芯片時(shí)，僅需重新實(shí)現(xiàn)ASP層的函數(shù)接口即可，APP層的程序可實(shí)現(xiàn)無縫移植，與此同時(shí)按照現(xiàn)代方法的C語言程序設(shè)計(jì)，可兼容應(yīng)用于不用的編譯器，如ARMCC， IAR， GCC等。6.4 通用接口層通用接口層是用戶應(yīng)用層公共通用的功能函數(shù)集，主要包含工程通用頭文件定義，仿printf標(biāo)準(zhǔn)格式字符串轉(zhuǎn)換，累加計(jì)數(shù)式算法的軟時(shí)鐘日歷實(shí)現(xiàn)等。6.5 用戶應(yīng)用層用戶應(yīng)用層主要包含與RTOS相關(guān)功能整體實(shí)現(xiàn)，各個(gè)功能模塊的模塊化程序設(shè)計(jì)等，下文一一詳述。7 應(yīng)用支持層(ASPs) 應(yīng)用(yngyng)支持層結(jié)構(gòu)圖UNIX具有標(biāo)準(zhǔn)API模型open-read-write-close，Linux受益于該模型使得它

27、的應(yīng)用程序無障礙地與Unix程序友好共存，因而程序設(shè)計(jì)分為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)程序程序，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)與芯片硬件資源配置較為緊密，需要更為高效的程序執(zhí)行效率。在微控制器程序設(shè)計(jì)中則極少嚴(yán)格(yng)劃分驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，這就造成了應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與芯片完全綁定的惡果，導(dǎo)致應(yīng)用程序無法移植應(yīng)用于其他廠家的芯片上，最為悲的情況是按芯片應(yīng)用程序得重寫。ARM公司(n s)推出ARM Cortex的同時(shí)還有一個(gè)與之配套的標(biāo)準(zhǔn)-CMSIS(微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn))，是Cortex-M處理器系列的芯片與供應(yīng)商無關(guān)的硬件抽象層。使用CMSIS，可以為處理器和外設(shè)實(shí)現(xiàn)一致且簡單的軟件接口，從而簡化軟件的重用、縮短微控

28、制器新開發(fā)人員的學(xué)習(xí)過程，并縮短新設(shè)備的上市時(shí)間，同時(shí)方便將現(xiàn)有軟件遷移到新設(shè)備。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為供應(yīng)商設(shè)計(jì)硬件抽象層軟件接口提供了更為權(quán)威的依據(jù)，但到目前為止只能說各廠家的軟件接口逐漸趨于統(tǒng)一，但還無法達(dá)到無縫銜接的地步。為此在本工程中參照上述思想，結(jié)合微控制器的通用處理過程形成了Init-Read-Write的應(yīng)用支持層總體設(shè)計(jì)思想。按此思路設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊(m kui)，在init中是根據(jù)各功能模塊的屬性配置表進(jìn)行初始化配置，在系統(tǒng)上電復(fù)位后統(tǒng)一進(jìn)行各模塊初始化，然后就可以為用戶應(yīng)用層各模塊提供友好地Read/Write服務(wù)。雖然無法與CMSIS相比較，但經(jīng)過這樣層次劃分后，應(yīng)用程序與各廠家的

29、硬件抽象層完全隔離，具備良好的移植性，非常有利于在各個(gè)廠家的芯片中進(jìn)行評(píng)估。注:鑒于大多數(shù)編程語言都是基于英語的，而且要求很多程序中用英語注釋，文件的函數(shù)名及變量定義禁止一切形式(xngsh)的簡拼，流行的開源軟件也都是清一色的英文doc，所以程序員學(xué)好英語也是很有必要的，因?yàn)榭炊甦atasheet，用好User Guide是非常重要的技能。為了與世界接軌，筆者英文水準(zhǔn)雖然很蹩腳，但抱著多用多學(xué)不斷提升的愿憬常用英文，下文中注釋語法或用詞可能不正確，但是關(guān)鍵信息已經(jīng)裝在變量名及函數(shù)名中，看函數(shù)名不用猜測就知道其功能，這已經(jīng)是可讀代碼的藝術(shù)了，函數(shù)頭注釋那只是使格式更為規(guī)范而已了。此外用英文注釋

30、的程序在哪個(gè)瀏覽器都不會(huì)在在亂碼，不存在UTF-8或GBK編碼導(dǎo)致顯示亂碼問題。7.1 ExterRam模塊(m kui)ExterRam模塊為片外擴(kuò)展RAM的初始化配置及應(yīng)用訪問接口實(shí)現(xiàn)，主要提供如下訪問接口函數(shù)：/!=/!brief Initializes the SDRAM device./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vExterRamInit(void);/!=/!brief Reads an mount of data from the SDRAM memory in polling mode./!param Iu

31、lAddr - Read start address./!param O*pulData - Pointe to the read data buffer./!param IulSize - Size of read data from the memory./!retval API_NULL / API_SUCC./!note 僅測試使用，在應(yīng)用中使用地址自動(dòng)定位技術(shù)(jsh)將變量定義于片外內(nèi)存中./!=extern int16_t iExterRamReadData(uint32_t ulAddr, uint16_t *puiData, uint32_t ulSize);/!=/!bri

32、ef Writes an mount of data to the SDRAM memory in polling mode./!param IulAddr - Write start address./!param I*pulData - Pointer to data to be written./!param IulSize - Size of written data from the memory./!retval API_NULL / API_SUCC./!note 僅測試使用，在應(yīng)用(yngyng)中使用地址自動(dòng)定位技術(shù)將變量定義于片外內(nèi)存中./!=extern int16_t

33、iExterRamWriteData(uint32_t ulAddr, uint16_t *puiData, uint32_t ulSize);7.2 FlexBus模塊(m kui)FlexBus模塊為片外護(hù)展總線的初始化配置的實(shí)現(xiàn)，以及可訪問地址空間的定義，主要提供初始化配置接口函數(shù)：/!=/!brief Flex Bus Initial./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vFlexBusInit(void);/!=/!brief Wrtie data to NorFlash./!param ulAddr - FlexBus

34、 Address./!param bIncr - the address increase or not./!param *puiData - pointer on the write data buffer./!param ulWordNum - the num of word data buffer./!retval API_NULL / API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iFlexBusWrite(uint32_t ulAddr, uint8_t bIncr, uint16_t *puiData, uint32_t ulWordN

35、um);/!=/!brief Read data from FlexBus./!param ulAddr - FlexBus Fix Address./!param bIncr - the address increase or not./!param *puiData - pointer on the read data buffer./!param ulWordNum - the num of word data that expect to read./!retval API_NULL / API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iFl

36、exBusRead(uint32_t ulAddr, uint8_t bIncr, uint16_t *puiData, uint32_t ulWordNum);7.3 FramFlash模塊(m kui)FramFlash模塊為鐵電Flash，EEROM等無需擦除即可直接寫入的Falsh提供驅(qū)動(dòng)初始(ch sh)配置，以及讀寫訪問接口函數(shù)，提供的接口函數(shù)：/!=/!brief FramFlash Initial./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vFramFlashInit(void);/!=/!brief Read data

37、 form FramFlash./!param I uiAddr - address of FramFlash./!param O *pucBuff - point to the output data buffer./!param IO*puiLen - input the expect to read datas lenght, /! output the real read lenght./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iFramFlashRead(uint16_t uiAddr, uint8_t *pucBu

38、ff, uint16_t *puiLen); /!=/!brief Wrtie data to FramFlash./!param I uiAddr - address of FramFlash./!param O *pucBuff - point to the write data buffer./!param IO*puiLen - input the expect to write datas lenght, /! output the real write lenght./!retval API_NULL / API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern

39、int16_t iFramFlashWrite(uint16_t uiAddr, uint8_t *pucBuff, uint16_t *puiLen);7.4 HwTicker模塊(m kui)HwTicker模塊主要功能是為應(yīng)用程序提供周期性定時(shí)中斷服務(wù)，主要基于片上的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，為了有區(qū)別于曾被廣泛應(yīng)用的HwTimer而取名HwTicker，寓意滴答時(shí)鐘。基于可配置程序設(shè)計(jì)思想，HwTicker的定時(shí)屬性是可配置的，在不同的使用場合，僅需要更改其中的配置即可達(dá)到所需的定時(shí)周期服務(wù)，而無需進(jìn)行其他的同步更正。提供(tgng)的訪問接口如下：typedef enum _HwTickerLog

40、icNoDef kHwTickerNo0 = 0, /* 1ms計(jì)時(shí). */ kHwTickerNo1, /* AD采樣(ci yn)計(jì)時(shí). */ HwTickerNo_t;/!=/!brief Hardware ticker initial./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vHwTickerInit(void);/!=/!brief Starts the hardware ticker counting./!param ucTickerNo - logitc ticker No./!retval API_FAIL / API

41、_SUCC./!note ./!=extern int16_t iHwTickerStart(uint8_t ucTickerNo);/!=/!brief Stops the hardware ticker counting./!param ucTickerNo - logitc ticker No./!retval API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iHwTickerStop(uint8_t ucTickerNo);/!=/!brief get hardware ticker count value./!param void./!re

42、tval ticker count value./!note 0毫秒起累加計(jì)時(shí)./!=extern inline uint32_t ulHwTickerCountGet(void);/!=/!brief Reads the hardware ticker current counting value./!param IucTickerNo - logitc ticker No./!param O*pulCount - pointer to the output valeue./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iHwTi

43、ckerCountGet(uint8_t ucTickerNo, uint32_t *pulCount);/!=/!brief Read the hardware ticker period in units of count./!param IucTickerNo - logitc ticker No./!param O*pulPeriod - pointer to the output value./!retval API_NULL / API_SUCC./!note us = (*pulPeriod + 1) / Fre./!=extern int16_t iHwTickerPeriod

44、Get(uint8_t ucTickerNo, uint32_t *pulPeriod);/!=/!brief Sets the hardware ticker period in units of count./!param ucTickerNo - logitc ticker No./!param ulSetCount - period count value./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ulPeriod = (us * Fre / 1000000 - 1)./!=extern int16_t iHwTickerPeriodSet(uint8_t

45、 ucTickerNo, uint32_t ulSetCount);/!=/!brief Read the hardware ticker source frequence./!param IucTickerNo - logitc ticker No./!param O*pulFre - pointer to the output value./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iHwTimerFreGet(uint8_t ucTickerNo, uint32_t *pulFre);/!=/!brief Hardware

46、 timer initialization./!param void./!retval None./!note Use for RTOS Run Time Statistics./!=extern void vHwTickerTimeStampInit(void);/!=/!brief Get hardware time counter value./!param void./!retval None./!note Use for RTOS Run Time Statistics./!=extern uint32_t ulHwTickerTimeStampGet(void);/!=/!brie

47、f CPU Time Stamp Initial./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vCPU_TimeStampInit(void);/!=/!brief Get CPU Time Stamp./!param void./!retval None./!note 以系統(tǒng)(xtng)時(shí)鐘為時(shí)鐘源的32位計(jì)數(shù)器，可作為應(yīng)用層高精計(jì)時(shí)測量用./!=extern inline uint32_t ulCPU_TimeStampGet(void);7.5 I2cBus模塊(m kui)I2cBus為片上I2C外設(shè)總線進(jìn)行統(tǒng)一配置和訪問管理，主

48、要提供(tgng)初始化配置及發(fā)送、接收接口，在此主要作為主機(jī)解色使用。typedef enum _I2CBusNoDef kI2cBusEprom = 0, / EPROM kI2cBusTemp, / 溫度傳感器 I2cBusNo_t;/!=/!brief I2C bus initial./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vI2cBusInit(void);/!=/!brief Send data to I2C bus./!param I ucBusNo - I2C Bus No./!param I *pucCmdTxBuf

49、f - pointer on the send buffer,/! include cmd and Tx data./!param I uiCmdLen - the length of commad data./!param IO*puiTextLen - input the length of data hope to send,/! ouput real send lenght./!retval API_NULL / API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iI2cBusMasterSend(uint8_t ucBusNo, uint8_

50、t *pucCmdTxBuff, uint16_t uiCmdLen, uint8_t *puiTextLen);/!=/!brief Send data to I2C bus./!param I ucBusNo - I2C Bus No./!param I *pucCmdTxBuff - pointer on the send buffer,/! include cmd and Rx data./!param I uiCmdLen - the length of commad data./!param IO*puiTextLen - input the length of data hope

51、 to receive,/! ouput real receive lenght./!retval API_NULL / API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iI2cBusMasterReceive(uint8_t ucBusNo, uint8_t* *pucCmdRxBuff, uint16_t uiCmdLen, uint8_t *puiRxLen);7.6 LcmDisp模塊(m kui)LcmDisp模塊為液晶顯示模塊驅(qū)動(dòng)，SNT為點(diǎn)陣式液晶顯示模塊，TFT為彩色式液晶顯示模塊。分別提供了初始化配置，中英文顯示，畫線等接口。ASC

52、II字符以8*16字模顯示，簡體中文以16*16字模完全顯示GB2312定義的所有可顯示字符，其中(qzhng)一級(jí)漢字3755個(gè)，二級(jí)漢字3008個(gè)，還包括拉丁字母、希臘字母、日文平假名及片假名字母、俄語西里爾字母在內(nèi)的682個(gè)全角字符。無部分為無需專業(yè)的GUI軟件即可進(jìn)行字符及描點(diǎn)繪線操作，若移植了GUI則以調(diào)用GUI接口函數(shù)顯示(xinsh)，此部分則僅需要執(zhí)行初化而已。提供的訪問接口函數(shù)如下：/!=/!brief Single Color LCM initial./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vSntLcmInit(

53、void);/!=/!brief Single Color LCM Clear screen./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vSntLcmClearScreen(void);/!=/!brief Renew LCD Screen./!param void./!retval None./!note ./!=extern void vSntLcmRenew(void);/!=/!brief Single Color LCM display character at special position./!param uiChar

54、- character encode./!param uiAxisX - position of X axis./!param uiAxisY - position of Y axis./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iSntLcmDispCharAt(uint16_t uiChar, uint16_t uiAxisX, uint16_t uiAxisY);/!=/!brief Single Color LCM display string at special position./!param pcStr - st

55、ring character encode./!param uiLen - the length of display space./!param uiAxisX - position of X axis./!param uiAxisY - position of Y axis./!retval API_NULL / API_FAIL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iSntLcmDispStringAt(const char *pcStr, uint16_t uiLen, uint16_t uiAxisX, uint16_t uiAxisY);/!=

56、/!brief Single Color LCM display decimal data at special position./!param lValue - character encode./!param uiLen - the length of display space./!param uiAxisX - position of X axis./!param uiAxisY - position of Y axis./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iSntLcmDispDecAt(int32_t lV

57、alue, uint16_t uiLen, uint16_t uiAxisX, uint16_t uiAxisY);/!=/!brief Single Color LCM display float data at special position./!param fValue - float data value./!param uiLenDec - the length of display space with the length of decimal./!param uiAxisX - position of X axis./!param uiAxisY - position of

58、Y axis./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iSntLcmDispFloatAt(float fValue, uint16_t uiLenDec, uint16_t uiAxisX, uint16_t uiAxisY);/!=/!brief Single Color LCM display binary data at special position./!param fValue - integrate data value./!param uiLenDec - the length of display spa

59、ce with the length of decimal./!param uiAxisX - position of X axis./!param uiAxisY - position of Y axis./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iSntLcmDispBinAt(uint32_t ulValue, uint16_t uiLen, uint16_t uiAxisX, uint16_t uiAxisY);/!=/!brief Single Color LCM display hex data at specia

60、l position./!param fValue - character encode./!param uiLenDec - the length of display space with the length of decimal./!param uiAxisX - position of X axis./!param uiAxisY - position of Y axis./!retval API_NULL / API_SUCC./!note ./!=extern int16_t iSntLcmDispHexAt(uint32_t ulValue, uint16_t uiLen, u