軟件框架｜學(xué)會(huì)MCU實(shí)用模塊

介紹

一種無OS的MCU實(shí)用軟件框架，包括任務(wù)輪詢管理，命令管理器、低功耗管理、環(huán)形緩沖區(qū)等實(shí)用模塊。系統(tǒng)中廣泛利用自定義段技術(shù)減少各個(gè)模塊間的耦合關(guān)系，大大提供程序的可維護(hù)性。

主要功能

· 支持模塊自動(dòng)化管理，并提供不同優(yōu)先等級(jí)初始化聲明接口。

· 支持任務(wù)輪詢管理，通過簡單的宏聲明即可實(shí)現(xiàn)，不需要復(fù)雜的聲明調(diào)用。

· 支持低功耗管理，休眠與喚醒通知。

· 支持命令行解析，命令注冊(cè)與執(zhí)行。

· blink設(shè)備支持，統(tǒng)一管理LED、震動(dòng)馬達(dá)、蜂鳴器。

使用說明

完整的代碼可以參考工程文件，系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)如下：

MCU：STM32F401RET6

IDE：IAR 7.4或者Keil MDK 4.72A

任務(wù)初始化及任務(wù)輪詢管理(module)

使用此模塊前需要系統(tǒng)提供滴答定時(shí)器，用于驅(qū)動(dòng)任務(wù)輪詢作業(yè)。（參考platform.c）

//定時(shí)器中斷(提供系統(tǒng)滴答)
void SysTick_Handler(void){
    systick_increase(SYS_TICK_INTERVAL); //增加系統(tǒng)節(jié)拍
}

注冊(cè)初始化入口及任務(wù)(參考自key_task.c)

static void key_init(void){
    /*do something*/
}
static void key_scan(void){
    /*do something*/
}
module_init("key", key_init);              //注冊(cè)按鍵初始化接口
driver_register("key", key_scan, 20);      //注冊(cè)按鍵任務(wù)(20ms輪詢1次)

命令管理器(cli)

適用于在線調(diào)試、參數(shù)配置等(參考使用cli_task.c)，用戶可以通過串口輸出命令行控制設(shè)備行為、查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)等功能。

命令格式

cli支持的命令行格式如下：

< param1> < param2> < paramn>  < rn > , < param1>, < param2>, < paramn>,  < rn >

每行命令包含一個(gè)命令名稱+命令參數(shù)(可選)，命令名稱及參數(shù)可以通過空格或者','進(jìn)行分隔。

系統(tǒng)默認(rèn)命令

cli系統(tǒng)自帶了2條默認(rèn)命令，分別是"?"與"help"命令，輸入他們可以列出當(dāng)前系統(tǒng)包含的命令列表，如下所示：

?         - alias for 'help'
help      - list all command.
pm        - Low power control command
reset     - reset system
sysinfo   - show system infomation.

適配命令管理器

完整的例子可以參考cli_task.c.

static cli_obj_t cli;                               /*命令管理器對(duì)象 */
/* 
 * @brief       命令行任務(wù)初始化
 * @return      none
 */ 
static void cli_task_init(void){
    cli_port_t p = {tty.write, tty.read};           /*讀寫接口 */
    
    cli_init(&cli, &p);                             /*初始化命令行對(duì)象 */
     
    cli_enable(&cli);
    
    cli_exec_cmd(&cli,"sysinfo");                   /*顯示系統(tǒng)信息*/
}
/* 
 * @brief       命令行任務(wù)處理
 * @return      none
 */ 
static void cli_task_process(void){
    cli_process(&cli);
}
module_init("cli", cli_task_init);                  
task_register("cli", cli_task_process, 10);          /*注冊(cè)命令行任務(wù)*/

命令注冊(cè)

以復(fù)位命令為例(參考cmd_devinfo.c)：

#include "cli.h"
//...
/* 
 * @brief       復(fù)位命令
 */ 
int do_cmd_reset(struct cli_obj *o, int argc, char *argv[]){
    NVIC_SystemReset();
    return 0;
}cmd_register("reset",do_cmd_reset, "reset system");

低功耗管理器(pm)

控制間歇運(yùn)行，降低系統(tǒng)功耗。其基本的工作原理是通過輪詢系統(tǒng)中各個(gè)模塊是否可以允許系統(tǒng)進(jìn)入低功耗。實(shí)際上這是一種判決機(jī)制，所有模塊都具有有票否決權(quán)，即只要有一個(gè)模塊不允許休眠，那么系統(tǒng)就不會(huì)進(jìn)入休眠狀態(tài)。pm模塊在休眠前會(huì)統(tǒng)計(jì)出各個(gè)模塊會(huì)返回最小允許休眠時(shí)長，并以最小休眠時(shí)長為單位進(jìn)行休眠。

如何適配

使用前需要通過pm_init進(jìn)行初始化適配，并提供當(dāng)前系統(tǒng)允許的最大休眠時(shí)間，進(jìn)入休眠的函數(shù)接口，基本的接口定義如下：

/*低功耗適配器 ---------------------------------------------------------*/
typedef struct {
    /**
     * @brief    系統(tǒng)最大休眠時(shí)長(ms)
     */  
    unsigned int max_sleep_time;
    /**
     * @brief     進(jìn)入休眠狀態(tài)
     * @param[in] time - 期待休眠時(shí)長(ms)
     * @retval    實(shí)際休眠時(shí)長
     * @note      休眠之后需要考慮兩件事情,1個(gè)是需要定時(shí)起來給喂看門狗,否則會(huì)在休眠
     *            期間發(fā)送重啟.另外一件事情是需要補(bǔ)償休眠時(shí)間給系統(tǒng)滴答時(shí)鐘,否則會(huì)
     *            造成時(shí)間不準(zhǔn)。
     */     
    unsigned int (*goto_sleep)(unsigned int time);
}pm_adapter_t;
void pm_init(const pm_adapter_t *adt);
void pm_enable(void);
void pm_disable(void);
void pm_process(void);

完成的使用例子可以參考platform-lowpower.c，默認(rèn)情況下是禁用低功耗功能的，讀者可以去除工程中原來不帶低功耗版本的platform.c，并加入platform-lowpower.c文件進(jìn)行編譯即可使用。

注冊(cè)低功耗設(shè)備

以按鍵掃描為例，正常情況下，如果按鍵沒有按下，那么系統(tǒng)休眠可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，對(duì)按鍵功能是沒有影響的。如果按鍵按下時(shí)，那么系統(tǒng)需要定時(shí)喚醒并輪詢按鍵任務(wù)。

所以在一個(gè)低功耗系統(tǒng)下，為了不影響按鍵實(shí)時(shí)性需要處理好兩個(gè)事情：

1. 系統(tǒng)休眠狀態(tài)下，如果有按鍵按下，那系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)立即喚醒，以便處理接下來的掃描工作。

2. 如果按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)可以進(jìn)入休眠，但需要定時(shí)喚醒起來輪詢按鍵任務(wù)。

對(duì)于第一種情況，將按鍵配置為邊沿中斷喚醒即可，以STM32F4為例(參考key_task.c)，它支持外部中斷喚醒功能。

/* 
 * @brief       按鍵 io初始化
 *              PC0 -> key;
 * @return      none
 */ 
static void key_io_init(void){
    /* Enable GPIOA clock */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
    gpio_conf(GPIOC, GPIO_Mode_IN, GPIO_PuPd_UP, GPIO_Pin_0);
    
    //低功耗模式下,為了能夠檢測到按鍵，配置為中斷喚醒
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);
    SYSCFG_EXTILineConfig(EXTI_PortSourceGPIOC, EXTI_PinSource0);
    exti_conf(EXTI_Line0, EXTI_Trigger_Falling, ENABLE);
    nvic_conf(EXTI0_IRQn, 0x0F, 0x0F);
    
    key_create(&key, readkey, key_event);            /*創(chuàng)建按鍵*/
}

對(duì)于第二種情況，可以通過pm_dev_register來處理，當(dāng)系統(tǒng)請(qǐng)求休眠時(shí)，如果此時(shí)按鍵按下，則返回下次喚醒時(shí)間即可，如下面的例子所示。

//參考key_task.c
#include "pm.h"                                     
/*
 * @brief    休眠通知
 */
static unsigned int  key_sleep_notify(void){
    return key_busy(&key) || readkey() ? 20 : 0;    /* 非空閑時(shí)20ms要喚醒1次*/
} pm_dev_register("key", NULL, key_sleep_notify, NULL);

blink模塊

具有閃爍特性(led, motor, buzzer)的設(shè)備(led, motor, buzzer)管理

使用步驟:

· 需要系統(tǒng)提供滴答時(shí)鐘，blick.c中是通過get_tick()接口獲取，依賴module模塊

· 需要在任務(wù)中定時(shí)進(jìn)行輪詢

或者通過"module"模塊的任務(wù)注冊(cè)來實(shí)現(xiàn)

task_register("blink", blink_dev_process, 50);  //50ms輪詢1次

LED驅(qū)動(dòng)

blink_dev_t led;                             //定義led設(shè)備
/*
 *@brief     紅色LED控制(GPIOA.8)
 *@param[in] on - 亮滅控制
 */
static void led_ctrl(int on){
    if (on)
        GPIOA->ODR |= (1 << 8);
    else 
        GPIOA->ODR &= ~(1 << 8);
}
/*
 *@brief     led初始化程序
 */
void led_init(void){
    led_io_init(void);                  //led io初始化
    blink_dev_create(&led, led_ctrl);   //創(chuàng)建led設(shè)備
    
    blink_dev_ctrl(&led, 50, 100, 0);   //快閃(50ms亮, 100ms滅)
}

按鍵管理模塊

類似blink模塊，使用之前有兩個(gè)注意事項(xiàng):

· 需要系統(tǒng)提供滴答時(shí)鐘，key.c中是通過get_tick()接口獲取，依賴module模塊

· 需要在任務(wù)中定時(shí)進(jìn)行輪詢

key_t key;                             //定義按鍵管理器
/*
 *@brief     按鍵事件
 *@param[in] type     - 按鍵類型(KEY_PRESS, KEY_LONG_DOWN, KEY_LONG_UP)  
 *@param[in] duration - 長按持續(xù)時(shí)間
 */
void key_event(int type, unsigned int duration){
 if (type == KEY_PRESS) {                //短按
   
 } else if (type == KEY_LONG_DOWN) {     //長按
  
 }
} 
//讀取鍵值(假設(shè)按鍵輸出口為STM32 MCU PA8)
int read_key(void)
{
 return GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_8) == Bit_RESET;
}
/*
 *@brief     按鍵初始化
 */
void key_init(void){
    //打開GPIO 時(shí)鐘
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
 //配置成輸入模式
    gpio_conf(GPIOA, GPIO_Mode_IN, GPIO_PuPd_NOPULL, GPIO_Pin_8); 
    //創(chuàng)建1個(gè)按鍵
    key_create(&key, read_key, key_event);  
}