嵌入式系統(tǒng)組件課件

嵌入式系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用7嵌入式操作系統(tǒng)1內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它2概述-組件技術(shù)的優(yōu)越性1.提高開(kāi)發(fā)的效率?開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)的軟件時(shí)，通常一些軟件模塊如UART的收發(fā)器模塊在大多數(shù)的產(chǎn)品中都需要使用，通過(guò)把這些模塊封裝成組件，后續(xù)的開(kāi)發(fā)繼續(xù)使用，顯然可以提高開(kāi)發(fā)的效率。新開(kāi)發(fā)的軟件模塊都需要進(jìn)行測(cè)試，包括實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和公開(kāi)測(cè)試，這些測(cè)試都需要時(shí)間。使用組件化的方法，可以使用以前被測(cè)試過(guò)的組件代碼，可以大大提高軟件的可靠性。軟件組件的設(shè)計(jì)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的接口，如果沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，可以自己定義完備的接口，便于后續(xù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)使用。例如液晶顯示模塊，設(shè)計(jì)成彩色的功能接口比設(shè)計(jì)成黑白的有許多優(yōu)點(diǎn)，彩色可以兼容黑白。通常一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的軟件由許多模塊組成，這些模塊包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、算法模塊等。良好的組件化設(shè)計(jì)方法，可以把任務(wù)均分，并行開(kāi)發(fā)，提高開(kāi)發(fā)效率。32.提高開(kāi)發(fā)的可靠性?3.提高軟件的可移植性?4.適合于并行開(kāi)發(fā)?1例：嵌入式系統(tǒng)模型??????????嵌入式處理器UART串行通信收發(fā)器鍵盤(pán)液晶顯示器模擬量輸入接口模擬量輸出接口數(shù)字量輸入接口數(shù)字量輸出接口數(shù)碼管顯示器日歷時(shí)鐘4原型系統(tǒng)memoryAILCDAOEMCUUARTDI/DOkeyboardOthers5模型系統(tǒng)的軟件組成模塊化設(shè)計(jì)原則主程序?I/O驅(qū)動(dòng)程序-軟件組件?6內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它72鍵盤(pán)+5V輸出端口8輸入端口2鍵盤(pán)應(yīng)用程序接口KeyDownTimerKeyPressKeyTime()KEY_SCAN_DLY鍵盤(pán)矩陣KeyInitKey()KeyScanKey()KeyInitPort()KeySelRow()KeyGetCol()鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序硬件提交KeyGetKeyCode()等待信號(hào)量超時(shí)KeyBuf[]KeyBufOutIxKeyClear()KeyNReadKeyHitKey()KeyBufInIx92鍵盤(pán)?主要接口函數(shù)?KeyClear()：清除鍵盤(pán)緩沖區(qū)?KeyGetKeyCode()：讀取一個(gè)鍵碼?KeyHitKey()：檢查一個(gè)鍵是否按下?KeyInitKey()：初始化鍵盤(pán)模塊102鍵盤(pán)?鍵盤(pán)組件的使用voidmain(void){…OSInit();/*操作系統(tǒng)初始化*/…KeyInitKey();/*鍵盤(pán)模塊組件初始化*/…OSStart();/*開(kāi)始多任務(wù)運(yùn)行*/}11?任務(wù)中使用鍵盤(pán)組件模塊2鍵盤(pán)voidUserTask(void*data){Integer8keycode;Data=data;while(1){keycode=KeyGetKeyCode(0);/*等待用戶(hù)鍵盤(pán)輸入*/Switch(keycode)/*根據(jù)鍵的掃描碼進(jìn)行相應(yīng)的處理*/{……}}12}內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它133LED顯示器?利用I/O端口控制LED顯示器+5V微處理器輸出端口B7B6B5B0當(dāng)輸出為低時(shí)LED為ON143LED顯示器?多路復(fù)用LED顯示B7B6B5B4B3B2B1B01時(shí)此段為ONDigit#1abcdefgd.p.離散LEDDigit#2Digit#3Digit#n-1Digit#n段（輸出端口）電阻數(shù)字（輸出端口）B7B6B5B4B3B2B1B01時(shí)此數(shù)字為ON153LED顯示器?組件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)（軟件組件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）?(1)系統(tǒng)使用7段LED數(shù)碼管顯示器；?(2)每個(gè)LED數(shù)碼管有一個(gè)編號(hào)作為地址，編號(hào)從0開(kāi)始；?(3)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)數(shù)碼管，使用3個(gè)字節(jié)作為顯示緩沖區(qū)，其中第一個(gè)存放它的字符代碼，為了未來(lái)的擴(kuò)展，字符代碼使用ASCII碼，雖然目前大多數(shù)應(yīng)用的LED只顯示16個(gè)16進(jìn)制字符和部用戶(hù)定義的圖形；第二個(gè)存放顏色；第三個(gè)存放閃爍屬性。?(4)需要為L(zhǎng)ED的顯示模塊預(yù)留一個(gè)定時(shí)器（硬件定時(shí)器或軟件定時(shí)器），用于顯示的刷新。163LED顯示器API_LED?組件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)

接口函數(shù)

定時(shí)器

顯示緩沖區(qū)

驅(qū)動(dòng)代碼

顯示字模

173LED顯示器?接口函數(shù)?LedInit()；初始化內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?LedClear();清除內(nèi)部緩沖區(qū)?LedDispChar(Unsigned16position,Unsigned8c,Unsigned8color,Unsignedblink)；顯示字符?LedOff()：關(guān)閉顯示?LedOn()：打開(kāi)顯示183LED顯示器?組件的實(shí)現(xiàn)?Leddef.h?定義組件模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和配置?led.c?實(shí)現(xiàn)LED組件的所有函數(shù)19內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它204LCD顯示器1.2.3.LCD顯示器被廣泛地使用于個(gè)人設(shè)備中，應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大。LCD是一種被動(dòng)顯示技術(shù)，它本身不發(fā)光，利用反射光顯示字符和圖形。LCD的功耗非常低，于是在低功耗的場(chǎng)合特別是電池供電的嵌入式設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。通常LCD使用自然光，反射自然光進(jìn)行顯示，如果周?chē)墓夂苌倩驔](méi)有光，那么需要在LCD的后面放置一個(gè)光源，這個(gè)光源叫做背光。背光可以通過(guò)場(chǎng)致發(fā)光(EL)或LED來(lái)實(shí)現(xiàn)，EL背光非常微弱，它產(chǎn)生一個(gè)非常均勻的光源。用于LED的光源顏色很多，常用白光。EL背光電流很低，但是需要較高的電壓，通常在20V以上。EL背光的使用期限有限，通常在2000~3000小時(shí)。LED背光的使用壽命很長(zhǎng)，但是耗電較多。通常LED背光嵌在LCD的后面，有很多種顏色可以選擇。214LCD顯示器?LCD顯示系統(tǒng)嵌入式處理器LCD控制器LCD驅(qū)動(dòng)器LCD?分類(lèi)（3類(lèi)）?字符LCD顯示-與LED基本相同；?圖形LCD顯示器-點(diǎn)陣；?定制LCD顯示器-為用戶(hù)特殊定制-電子臺(tái)歷224LCD顯示器?LCD顯示系統(tǒng)組件實(shí)現(xiàn)顯存LCD控制寄存器LCD234LCD顯示器?接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)?點(diǎn)陣顯示器的種類(lèi)?黑白?灰度?彩色?方案?為每一種LCD定義接口函數(shù)，?優(yōu)點(diǎn)：裁減性好，?缺點(diǎn)：應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)需要考慮移植?定義一種接口函數(shù)，支持三種LCD?缺點(diǎn)：裁減性不好?優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)基本不需要考慮移植性問(wèn)題244LCD顯示器?接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)-定義一種接口函數(shù)，支持三種LCD1.2.3.4.LCD初始化：Unsigned8LcdInit(struct*LcInitPara)關(guān)閉和打開(kāi)顯示voidLcdOff()，voidLcdOn()5.6.7.清除LCD顯示屏：voidLcdClear()顯示字符串：voidLcdDispStr(Unsigned16row,Unsigned16col,Unsigned8*pStr,Unsigned32color，Unsigned8font,Unsigned8size);顯示象素點(diǎn)：voidLcdPixel(Unsigned16row,Unsigned16col,Unsigned32color);畫(huà)線(xiàn)：voidLcdLine(Unsigned16x1,Unsigned16y1,Unsigned16x2,Unsigned16y2,Unsigned8Linetype,Unsigned32color);畫(huà)矩形：LcdRectangle(Unsigned16x1,Unsigned16y1,Unsigned16x2,Unsigned16y2,Unsigned8type,Unsigned32color,Unsigned8fill,Unsigned32fillcolor);8.畫(huà)弧型：LcdArc(Unsigned16x,Unsignedy,Unsigned16radium,Unsigned16angel1,Unsigned16Unsigned32color,Unsigned8type);25angel2,內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它265日歷時(shí)鐘概述?實(shí)現(xiàn)方法??專(zhuān)用日歷時(shí)鐘芯片?時(shí)鐘芯片、電池、32768時(shí)鐘晶體?軟件實(shí)現(xiàn)275日歷時(shí)鐘?實(shí)現(xiàn)原理285日歷時(shí)鐘?接口函數(shù)1.ClockInit(),-時(shí)鐘組件初始化2.ClockSetDate(),-設(shè)置日期3.ClockSetTime(),-設(shè)置時(shí)間4.ClockSetDateTime(),-設(shè)置日期和時(shí)間5.ClockGetDate(),-讀取日期6.ClockGetTime(),-讀取時(shí)間7.ClockGetDateTime(),-讀取日期時(shí)間8.ClockFormatDate()。-格式化日期29內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它306模擬量輸入?模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)模擬輸入信道物理參數(shù)傳感器放大器濾波器信道選擇多路復(fù)用器從/到微處理器ADC316模擬量輸入?讀取A/D值的方法1-慢速的A/D轉(zhuǎn)換器件?（1）選擇需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)模擬換的通道；輸入?（2）觸發(fā)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換?（3）延遲一段時(shí)間，延遲的時(shí)間大于或等于模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間加上信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器保持穩(wěn)定的時(shí)間?（4）讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換的值?（5）把讀取的值提交給應(yīng)用程序MUX12ADC4驅(qū)動(dòng)程序5應(yīng)用程序31234驅(qū)動(dòng)程序選擇要讀的模擬輸入觸發(fā)ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序延時(shí)超過(guò)轉(zhuǎn)換時(shí)間ADC讀5模擬輸入的二進(jìn)制值返回到應(yīng)用程序326模擬量輸入U(xiǎn)nsigned16AnalogInput(Unsigned8channel){/*todo:操作模擬多路開(kāi)關(guān)，選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道*/…/*延時(shí)，等待模擬信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端穩(wěn)定*/…/*啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換*/…/*延時(shí),等待模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)束*/…/*讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果把返回給調(diào)用者*/…}336模擬量輸入?方法2：利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)束信號(hào)來(lái)通知用戶(hù)-中斷方式voidIsrAD(){/*發(fā)出SemaAD(模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào))*/}Unsigned16AnalogInput(Unsigned8channel){/*選擇要讀取的輸入通道*//*延時(shí)，等待模擬多路開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)的穩(wěn)定*//*啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換*//*等待信號(hào)量SemaADor超時(shí)*/if(超時(shí)){/*模數(shù)轉(zhuǎn)換出錯(cuò)處理；*/}else{/*讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果并返回調(diào)用者*/}}346模擬量輸入?方法3：A/D轉(zhuǎn)換的速度比較快-直接在程序中讀取Unsigned16AnalogInput(Unsigned8channel){/*選擇模擬輸入通道*//*延時(shí)，等待模擬信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端穩(wěn)定*//*啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換工作*//*檢測(cè)是否轉(zhuǎn)換完成，如果完成則讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果*/…/*把轉(zhuǎn)換的結(jié)果返回給調(diào)用程序*/}356模擬量輸入?關(guān)于移植性的考慮?組件化方法把A/D轉(zhuǎn)換的細(xì)節(jié)隱藏在組件的內(nèi)部。?關(guān)于A/D的精度：目前的模擬轉(zhuǎn)換器的精度有8位、10位、14位等，甚至有20位、24位或更高。?為了將來(lái)技術(shù)的發(fā)展，可以把轉(zhuǎn)換結(jié)果表示成32位，在一定的時(shí)期內(nèi)足夠用了，對(duì)于小于32位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，低位表示轉(zhuǎn)換的結(jié)果，高位用0填充，最高位可以作為符號(hào)位。367模擬量輸出AnalogOutputChannel?D/A的環(huán)節(jié)?數(shù)模轉(zhuǎn)來(lái)自微處理器DAC濾波器放大器傳感器物理參數(shù)換器?濾波器?放大器?執(zhí)行器/驅(qū)動(dòng)器來(lái)自微處理器DAC濾波器放大器傳感器物理參數(shù)來(lái)自微處理器DAC濾波器放大器傳感器37物理參數(shù)7模擬量輸出?主要接口函數(shù)?voidAnalogOutput(Unsigned8channel,Unsigned32value);387模擬量輸出?使用例子voidUserTask(){Unsigned32temp;/*數(shù)據(jù)來(lái)源和處理,得到數(shù)據(jù)temp*/AnalogOutput(0,temp);/*此時(shí)電壓表的指針指示相應(yīng)的模擬量*/…}FSV=2.5VVI轉(zhuǎn)換器（42μA/V）0o-50o儀表+300o溫度-50oF～300oF換算函數(shù)cnts8位DACcnts*FSV2560～100μA39內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它408開(kāi)關(guān)量輸入/輸出

壓力開(kāi)關(guān)

溫度開(kāi)關(guān)

限制開(kāi)關(guān)

繼電器觸點(diǎn)

鄰近探測(cè)器

控制

/

監(jiān)視

系統(tǒng)

418開(kāi)關(guān)量輸入/輸出???開(kāi)關(guān)量通常是1位計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法1.直接以字節(jié)為單位處理開(kāi)關(guān)量?voidIOWrite(Unsignedaddress,Unsigned8value);?Unsigned8IORead(Unsignedaddress)2.包裝以位為單位處理開(kāi)關(guān)量?Unsigned8SwitchRead(Unsigned16channel)；?voidUnsigned8SwitchWrite(Unsigned16channel,42Unsigned8On_Off);8開(kāi)關(guān)量輸入/輸出-實(shí)現(xiàn)方式比較?方式（1）-字節(jié)?優(yōu)點(diǎn)?程序的代碼量小，執(zhí)行的速度快，?缺點(diǎn)?程序設(shè)計(jì)的不直觀，程序的移植性不好。?方式（2）-位?優(yōu)點(diǎn)?可移植性好，把開(kāi)關(guān)進(jìn)行了抽象化，屏蔽了開(kāi)關(guān)量操作的細(xì)節(jié)；?程序的可讀性好?缺點(diǎn)?程序的代碼量比較大，程序的執(zhí)行時(shí)間稍長(zhǎng)。?由于現(xiàn)代處理器的速度提高和存儲(chǔ)器的空間比較大，方式（2）帶來(lái)的問(wèn)題可以完全克服。438開(kāi)關(guān)量輸入/輸出-實(shí)現(xiàn)方式比較voidUserTask(){…if(SwitchRead(10))==ON)SwitchWrite（20，ON）;elseSwitchWrite(20,OFF);…}44內(nèi)容?????????嵌入式系統(tǒng)模型鍵盤(pán)LED顯示器LCD顯示器日歷時(shí)鐘模擬量輸入/輸出開(kāi)關(guān)量輸入/輸出異步串行通信其它459異步串行通信?接收方法1環(huán)形緩沖區(qū)RxISR應(yīng)用程序469異步串行通信-接收ISRIsrUartRx(void)/*接收中斷服務(wù)例程*/{Unsigned8c;/*保存CPU的寄存器，即把ISR中使用的寄存器壓棧*//*從通信控制器中讀取收到的字符*/if(接收環(huán)形隊(duì)列不滿(mǎn))把收到的字節(jié)放于環(huán)形隊(duì)列/*恢復(fù)CPU的寄存器，即把壓棧的寄存器彈出*/…/*todo:中斷返回*/…}Unsigned8UartGetChar(void)/*從接收環(huán)形隊(duì)列中接收一個(gè)字節(jié)，返回收到的字節(jié)，如果環(huán)形隊(duì)列中沒(méi)有字節(jié)，那么返回空NULL字符*/{Unsigned8c;c=NULL;/*todo:禁止中斷*/…if(環(huán)形隊(duì)列不空)c=從環(huán)形隊(duì)列中讀取的字節(jié)；/*todo:使能中斷*/returnc;}479異步串行通信-接收?問(wèn)題：應(yīng)用程序以獨(dú)占的方式訪(fǎng)問(wèn)環(huán)形隊(duì)列的過(guò)程中，中斷禁止，如果應(yīng)用程序不及時(shí)地取出環(huán)形隊(duì)列中的字節(jié)，環(huán)形隊(duì)列將被填滿(mǎn)，使以后接收到的字節(jié)丟失。RxISR環(huán)形緩沖區(qū)應(yīng)用程序489異步串行通信-接收?方法2?1.應(yīng)用程序等待信號(hào)量SemaUartRx；?2.ISR收到一個(gè)字節(jié)后，得到一個(gè)信號(hào)量，從串行端口讀入字節(jié)，把它放到環(huán)形隊(duì)列中；?3.ISR釋放一個(gè)信號(hào)量；?4.任務(wù)收到信號(hào)量，讀取字節(jié)；RxISR環(huán)形緩沖區(qū)應(yīng)用程序超時(shí)SemaUartRx499異步串行通信-接收?問(wèn)題?每次中斷發(fā)生，中斷服務(wù)程序會(huì)使用信號(hào)量SemaUartRx，該操作是操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用，執(zhí)行此調(diào)用會(huì)消耗一定的時(shí)間，也就是說(shuō)，每次接收到一個(gè)字符，都要執(zhí)行此調(diào)用，系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)比較大。?解決方案?當(dāng)收到一定數(shù)量的字符或收到特定的字符后，才發(fā)出信號(hào)量，以減少開(kāi)銷(xiāo)。509異步串行通信-發(fā)送?方法1：緩沖方式發(fā)送應(yīng)用程序環(huán)形緩沖區(qū)ISRTx519異步串行通信-發(fā)送VOidUartPutChar(Unsigned8c){/*todo:禁止CPU的中斷*/if(發(fā)送環(huán)形隊(duì)列不滿(mǎn)){把要發(fā)送的字符放到環(huán)形隊(duì)列尾部if(此字符是隊(duì)列中的第一個(gè)字符){使能