嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計實(shí)例.ppt

1、a,1,嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計,a,2,嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計實(shí)例,本章旨在使用英倍特Embest Edukit-型教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺和嵌入式Linux操作系統(tǒng)完成自動電梯模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn),a,3,嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計實(shí)例,背景介紹 系統(tǒng)架構(gòu) 詳細(xì)設(shè)計 系統(tǒng)函數(shù)說明 系統(tǒng)演示,a,4,一、背景介紹,系統(tǒng)目標(biāo)機(jī)硬件采用Embest EduKit-III型開發(fā)板，S3C2410X處理器，目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)軟件采用mizi Linux操作系統(tǒng)。方便起見，宿主機(jī)軟件使用Cygwin模擬Linux系統(tǒng)，交叉編譯工具鏈采用arm-linux-gcc，版本號為2.95.3。Embest EduKit-III型開發(fā)板有分辨率

2、為320240的LCD顯示器，以及4行5列小鍵盤，鍵盤布局如下圖所示：,a,5,背景介紹（續(xù)）,a,6,背景介紹（續(xù)）,本程序模擬8層樓間（地下1層，地上7層）單部電梯運(yùn)送乘客的整個工作過程。 利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的鍵盤模擬電梯內(nèi)部和外部的按鍵，利用LCD顯示器繪制電梯運(yùn)行過程以及狀態(tài)和提示信息,a,7,背景介紹（續(xù)）,系統(tǒng)功能： 每層電梯入口處設(shè)有上行、下行請求按鈕，電梯內(nèi)設(shè)有乘客請求停戰(zhàn)的樓層呼叫按鈕 有電梯所處位置指示設(shè)置，電梯上行、下行狀態(tài)指示裝置，所有系統(tǒng)請求信息指示裝置 每隔一段時間，電梯上升或是下降一層樓，同時顯示電梯上升和下降的信息 電梯到達(dá)有停站的樓層后，該樓層有指示裝置表明到達(dá)了停

3、站請求樓層，電梯切換為開門狀態(tài) 系統(tǒng)能夠記憶電梯內(nèi)、外部的所有請求信號，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則依次相應(yīng)這些請求，每個請求信號保留至執(zhí)行后撤除,a,8,背景介紹（續(xù)）,為了實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行的正確邏輯，制定以下規(guī)則： 電梯接通電源時，電梯必須停留在最底層 電梯可以到達(dá)所在樓宇的每一層，但是電梯只能在該樓宇的最低層至最高層之間運(yùn)行 嚴(yán)格規(guī)定電梯內(nèi)部的信號優(yōu)先級高于電梯外部的請求信號 電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的樓層的上樓請求信號，而保留下樓信號，由下而上逐個執(zhí)行；直到最后一個執(zhí)行完畢，再執(zhí)行下樓請求信號 電梯處于下降模式時與上升模式相反 電梯執(zhí)行完所有請求后，應(yīng)保留在所在的樓層保持不動，等待

4、新的請求,a,9,二、系統(tǒng)架構(gòu),系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 初始化模塊 電梯控制模塊 按鍵輸入模塊 LCD顯示模塊,a,10,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖,a,11,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,初始化模塊 基礎(chǔ)模塊，負(fù)責(zé)初始化電梯算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時初始化顯示界面，給用戶提示信息和操作說明：,a,12,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,電梯控制模塊 關(guān)鍵模塊，負(fù)責(zé)電梯當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)電梯狀態(tài)派遣電梯執(zhí)行停止、運(yùn)行、開門、關(guān)門等任務(wù)； 流程圖,a,13,a,14,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,按鍵輸入模塊 4X5小鍵盤作為輸入端，乘客通過按鍵模擬的電梯按鈕向系統(tǒng)輸入請求信息。系統(tǒng)使用07這8個按鍵模擬八個樓層按鈕，和這2個按鍵模擬電梯外部的上、下行請求

5、按鈕，A和B按鍵用于指示發(fā)出的請求來自于電梯內(nèi)部還是外部，E代表輸入確認(rèn)鍵，*鍵代表程序結(jié)束。按鍵定義如下表所示：,a,15,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,a,16,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,電梯內(nèi)部 0-7八個按鍵，模擬8個樓層，不設(shè)置開門和關(guān)門按鈕； 電梯外部 除地下一層和頂層之外，每層都有一個上行按鈕和一個下行按鈕； 特殊使用規(guī)則 系統(tǒng)用按鍵A和B判斷乘客發(fā)出的請求是來自電梯內(nèi)部還是電梯外部。,a,17,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,使用步驟： 輸入A或是B； 輸入0-7：如果輸入A，0-7表示內(nèi)部乘客請求到達(dá)的樓層；如果輸入B，表示外部乘客發(fā)出請求時位于的樓層； 第2步中如輸入B，需要接著輸入+或，表示外部乘客的上下行方向

6、情況，第2步輸入0時不能輸入，輸入7時不能輸入+； 輸入E確認(rèn)。,a,18,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,LCD顯示模塊 本模塊通過LCD顯示電梯目前的運(yùn)行信息 電梯狀態(tài) 當(dāng)前位置 電梯內(nèi)部和外部請求信息 電梯運(yùn)行的動態(tài)效果 乘客請求的英文縮寫解釋,a,19,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,系統(tǒng)運(yùn)行界面,a,20,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,程序主界面按照顯示功能被劃分為四大區(qū)域，從左到右依次為： 電梯信息顯示區(qū)域，這個區(qū)域位于顯示屏最左側(cè)，顯示電梯狀態(tài)、電梯方向、電梯位置等信息； 乘客請求信息顯示區(qū)域，這個區(qū)域位于屏幕中部，該欄的字母和數(shù)字具體代表意義參照下表；,a,21,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,a,22,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,電梯動態(tài)效果圖，本

7、圖緊鄰請求信息顯示區(qū)域，圖中方塊代表一個樓層，當(dāng)電梯運(yùn)行時，方塊位置會發(fā)生相應(yīng)的動態(tài)變化。 主界面信息說明區(qū)域，這個區(qū)域位于屏幕最右側(cè)，列出了乘客請求信息顯示區(qū)中字母簡寫對應(yīng)的英文單詞。,a,23,三、詳細(xì)設(shè)計,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述 電梯運(yùn)行算法設(shè)計 輸入輸出部分設(shè)計,a,24,1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述,自動電梯控制系統(tǒng)的4個模塊中，因?yàn)槌跏蓟糠止ぷ鬏^少，可以把它和算法模塊合并在一起，即包含主函數(shù)的模塊（Elevator.c、Elevator.h）；系統(tǒng)還包括按鍵輸入模塊（Key.c、Key.h）、LCD顯示模塊（Lcd.c、Lcd.h），以及幾個資源文件，分別為：2424點(diǎn)陣字模文件（Hzk24.c）、

8、ASC碼88點(diǎn)陣字模文件（Font.c）、開機(jī)初始圖片資源文件（Frame.c）、啟動界面背景圖片資源文件（Title.c）。,a,25,A. 電梯狀態(tài)算法模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),/* Elevator.h */ /* 電梯狀態(tài)：開、關(guān)、運(yùn)行、停止 */ typedef enum Status open, close, run, stop STATUS;,a,26,/* 電梯外部請求：向上、向下、向上并且向下、無請求 */ typedef enum OUTReqType up_request, down_request, both_request, no_request, OUTREQTYPE; /*

9、電梯運(yùn)行方向：向上、向下、無 */ typedef enum dir upward, downward, still, DIRECTION;,a,27,/* 當(dāng)前電梯請求結(jié)構(gòu)類型：內(nèi)部請求、外部請求 */ typedef struct Request int inReq; OUTREQTYPE outReq; REQUEST; /* 電梯信息結(jié)構(gòu)類型：運(yùn)行方向、當(dāng)前層數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、長度為樓層數(shù)的請求數(shù)組*/ typedef struct ElevatorInfo DIRECTION Direction; /電梯方向 int Floor; /電梯樓層 STATUS Status; /電梯狀態(tài) R

10、EQUEST RequestMAX_FLOOR; /樓層請求數(shù)組 ELEVATORINFO;,a,28,B. 按鍵輸入模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),/* 當(dāng)前乘客按鍵請求結(jié)構(gòu)類型 */ typedef struct key int judge; /按鍵類型：取值可為內(nèi)部按鍵（A）、外部按鍵（B） /確認(rèn)按鍵（E）、退出按鍵（*） int floor; /內(nèi)部按鍵請求到達(dá)的樓層：（07） char direction; /外部按鍵確定的電梯運(yùn)行方向：上行 /（）、下行（） int location; /外部按鍵所處在的樓層：（07） KEY;,a,29,C. LCD顯示模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),typedef struct

11、 fbdev int fb; unsigned long fb_mem_offset; unsigned long fb_mem; struct fb_fix_screeninfo fb_fix; /設(shè)備無關(guān)的常值信息 struct fb_var_screeninfo fb_var; /設(shè)備無關(guān)的數(shù)據(jù)信息 char dev20; FBDEV, *PFBDEV;,a,30,C. 其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),const uint8_t title; /存放系統(tǒng)提示界面背景圖片的數(shù)組 extern const uint8_t frame; /存放系統(tǒng)歡迎界面和退出界面 /圖片的數(shù)組 const uint8_t g

12、_auc_hzk24; /存放一個漢字2424點(diǎn)陣字 /模的數(shù)組 const uint8_t fontdata_8x8; /存放一個ASC碼88點(diǎn)陣字 /模的數(shù)組,a,31,2. 電梯運(yùn)行算法設(shè)計,根據(jù)電梯運(yùn)行流程，把電梯分為停止、運(yùn)行、開門、關(guān)門四種控制狀態(tài)，如下圖所示。停止?fàn)顟B(tài)是指電梯在沒有任何請求的情況下的靜止?fàn)顟B(tài)，而不是指電梯在運(yùn)行過程中開門前的停頓狀況。我們忽略停頓狀況，把電梯從運(yùn)行狀態(tài)直接遷移為開門狀態(tài)。,a,32,電梯控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,a,33,電梯控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（續(xù)）,系統(tǒng)初始時，電梯處于停止?fàn)顟B(tài)。 電梯處于停止?fàn)顟B(tài)時，根據(jù)發(fā)出請求的樓層不同可以分別遷移到運(yùn)行或者開門兩個不同狀態(tài)

13、。 電梯處于運(yùn)行狀態(tài)時，如果沒有到達(dá)請求樓層發(fā)生自遷移，即保持運(yùn)行狀態(tài)不變；當(dāng)?shù)竭_(dá)請求樓層時，遷移到開門狀態(tài)。,a,34,電梯控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（續(xù)）,電梯處于開門狀態(tài)一段時間后必然遷移到關(guān)門狀態(tài)。 電梯處于關(guān)門狀態(tài)時可以根據(jù)是否有請求遷移到運(yùn)行狀態(tài)或者遷移到停止?fàn)顟B(tài)。,a,35,電梯狀態(tài)處理偽代碼,電梯各個狀態(tài)的處理過程，可以依靠電梯派遣函數(shù)，根據(jù)通過判定電梯信息結(jié)構(gòu)體中的電梯狀態(tài)，調(diào)用相應(yīng)控制狀態(tài)的函數(shù)來控制電梯的運(yùn)行，偽代碼如下：,派遣函數(shù)(void) switch(電梯運(yùn)行狀態(tài)) ,a,36,case 停止?fàn)顟B(tài): 停止處理函數(shù); break; case 運(yùn)行狀態(tài): 運(yùn)行處理函數(shù); brea

14、k; case 開門狀態(tài): 開門處理函數(shù); break; case 關(guān)門狀態(tài): 關(guān)門處理函數(shù); break; default: break; ,a,37,電梯停止?fàn)顟B(tài)流程圖,a,38,電梯運(yùn)行狀態(tài)流程圖,a,39,電梯開門狀態(tài)流程圖,a,40,電梯關(guān)門狀態(tài)流程圖,a,41,3. 輸入輸出部分設(shè)計,LCD輸出模塊負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)的4個圖形界面：系統(tǒng)歡迎界面、系統(tǒng)提示界面、系統(tǒng)運(yùn)行界面和系統(tǒng)退出界面。 系統(tǒng)歡迎界面和系統(tǒng)退出界面分別顯示一幅圖片及相關(guān)文字； 系統(tǒng)主要工作在系統(tǒng)運(yùn)行界面下。,a,42,輸入輸出部分設(shè)計（續(xù)）,按鍵輸入模塊的主要功能有三個：設(shè)置鍵盤鍵值；掃描鍵盤，采集按鍵信息；獲取乘客請求

15、結(jié)構(gòu)體信息，并對這些信息進(jìn)行封裝、判斷、轉(zhuǎn)換等一系列的處理。,a,43,輸入輸出部分設(shè)計（續(xù)）,在設(shè)計當(dāng)中，為了使鍵盤部分能夠及時有效的響應(yīng)，目標(biāo)機(jī)上接有鍵盤專用芯片ZLG7290。鍵盤的動作由芯片ZLG7290檢測，當(dāng)鍵盤按下時，芯片檢測到后在INT引腳產(chǎn)生中斷觸發(fā)電平通知處理器，處理器通過I2C總線讀取芯片ZLG7290鍵值寄存器中保留的鍵值。,a,44,輸入輸出部分設(shè)計（續(xù)）,在設(shè)計當(dāng)中，為了使鍵盤部分能夠及時有效的響應(yīng)，目標(biāo)機(jī)上接有鍵盤專用芯片ZLG7290。鍵盤的動作由芯片ZLG7290檢測，當(dāng)鍵盤按下時，芯片檢測到后在INT引腳產(chǎn)生中斷觸發(fā)電平通知處理器，處理器通過I2C總線讀取芯

16、片ZLG7290鍵值寄存器中保留的鍵值。,a,45,輸入輸出部分設(shè)計（續(xù)）,鍵盤獲得的輸入信息繁多而復(fù)雜，需要對這些信息進(jìn)行處理，該過程分為兩個步驟： 首先，對信息進(jìn)行篩選和封裝。由于鍵盤信息掃描檢測函數(shù)不斷地等待按鍵被按下，而用戶使用鍵盤輸入信息是隨機(jī)的，所以需要對按鍵信息進(jìn)行篩選，保留用戶有效按鍵值。 由于系統(tǒng)使用規(guī)則的限制，每次用戶發(fā)出的請求，并不能由單個按鍵完成，需要組合使用按鍵，所以需要把篩選出的多個有效鍵值一一封裝在乘客請求信息結(jié)構(gòu)體中存儲。,a,46,四、系統(tǒng)函數(shù)說明,電梯控制算法模塊 按鍵輸入模塊 LCD輸出模塊 其他函數(shù),a,47,1. 電梯控制算法模塊,main():主函數(shù)

17、。首先完成設(shè)備初始化，包括打開Framebuffer和i2c設(shè)備，調(diào)用InitSystem()函數(shù)初始化系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和LCD，然后在循環(huán)中不斷檢測按鍵組合，如有乘客請求則通過派遣函數(shù)處理請求，然后完成顯示，當(dāng)用戶輸入*時循環(huán)結(jié)束，顯示系統(tǒng)退出界面，完成系統(tǒng)清理工作退出程序。 InitSystem():系統(tǒng)初始化函數(shù)。調(diào)用InitElevator()函數(shù)初始化電梯信息結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，調(diào)用InitLcd()函數(shù)初始化LCD。,a,48,電梯控制算法模塊（續(xù)）,InitElevator():電梯信息結(jié)構(gòu)初始化函數(shù)。初始化電梯信息結(jié)構(gòu)類型變量ElevatorInfo。 InitLcd():LCD初始

18、化函數(shù)。通過寫Framebuffer在LCD繪制系統(tǒng)提示界面。 Dispatch():狀態(tài)派遣函數(shù)。根據(jù)電梯當(dāng)前狀態(tài)，調(diào)用不同狀態(tài)處理函數(shù)。,a,49,電梯控制算法模塊（續(xù)）,ElevatorStop():電梯停止?fàn)顟B(tài)處理函數(shù)。 ElevatorRun():電梯運(yùn)行狀態(tài)處理函數(shù)。 ElevatorOpen():電梯開門狀態(tài)處理函數(shù)。 ElevatorClose():電梯關(guān)門狀態(tài)處理函數(shù)。,a,50,電梯控制算法模塊（續(xù)）,KeyCheck():用戶信息轉(zhuǎn)換函數(shù)。把乘客按鍵請求信息結(jié)構(gòu)體key中的信息映射至電梯信息結(jié)構(gòu)體ElevatorInfo，設(shè)置電梯運(yùn)行狀態(tài)。 Display():運(yùn)行界面顯示函數(shù)。顯示系統(tǒng)運(yùn)行界面。 ExitShow():退出界面顯示函數(shù)。顯示系統(tǒng)退出界面。,a,51,2. 按鍵輸入模塊,key_set(char ucChar):鍵值轉(zhuǎn)換函數(shù)。把掃描碼轉(zhuǎn)換為鍵碼。 key():按鍵獲取函數(shù)。讀取i2c總線，獲得用戶按鍵。