一種無(wú)OS的MCU實(shí)用軟件框架

介紹

一種無(wú)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(guò)簡(jiǎn)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(shuō)明

完整的代碼可以參考工程文件,系統(tǒng)開(kāi)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)
voidSysTick_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)

staticvoidkey_init(void)
{
/*dosomething*/
}

staticvoidkey_scan(void)
{
/*dosomething*/
}

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(guò)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> < > ,< param1>, < param2>, < paramn>, < >

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(guò)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：

?-aliasfor'help'
help-listallcommand.
pm-Lowpowercontrolcommand
reset-resetsystem
sysinfo-showsysteminfomation.

適配命令管理器

完整的例子可以參考cli_task.c.

staticcli_obj_tcli;/*命令管理器對(duì)象*/

/*
*@brief命令行任務(wù)初始化
*@returnnone
*/
staticvoidcli_task_init(void)
{
cli_port_tp={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
*@returnnone
*/
staticvoidcli_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
*/
intdo_cmd_reset(structcli_obj*o,intargc,char*argv[])
{
NVIC_SystemReset();
return0;
}cmd_register("reset",do_cmd_reset,"resetsystem");

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(guò)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(zhǎng)，并以最小休眠時(shí)長(zhǎng)為單位進(jìn)行休眠。

如何適配

使用前需要通過(guò)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---------------------------------------------------------*/
typedefstruct{
/**
*@brief系統(tǒng)最大休眠時(shí)長(zhǎng)(ms)
*/
unsignedintmax_sleep_time;
/**
*@brief進(jìn)入休眠狀態(tài)
*@param[in]time-期待休眠時(shí)長(zhǎng)(ms)
*@retval實(shí)際休眠時(shí)長(zhǎng)
*@note休眠之后需要考慮兩件事情,1個(gè)是需要定時(shí)起來(lái)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)。
*/
unsignedint(*goto_sleep)(unsignedinttime);
}pm_adapter_t;
voidpm_init(constpm_adapter_t*adt);

voidpm_enable(void);

voidpm_disable(void);

voidpm_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(lái)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(méi)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(méi)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(lái)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(lái)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;
*@returnnone
*/
staticvoidkey_io_init(void)
{
/*EnableGPIOAclock*/
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(cè)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(guò)pm_dev_register來(lái)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
*/
staticunsignedintkey_sleep_notify(void)
{
returnkey_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(guò)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(guò)"module"模塊的任務(wù)注冊(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)

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

LED驅(qū)動(dòng)

blink_dev_tled;//定義led設(shè)備

/*
*@brief紅色LED控制(GPIOA.8)
*@param[in]on-亮滅控制
*/
staticvoidled_ctrl(inton)
{
if(on)
GPIOA->ODR|=(1<8);
else
GPIOA->ODR&=~(1<8);
}

/*
*@briefled初始化程序
*/
voidled_init(void)
{
led_io_init(void);//ledio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(guò)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_tkey;//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(zhǎng)按持續(xù)時(shí)間
*/
voidkey_event(inttype,unsignedintduration)
{
if(type==KEY_PRESS){//短按

}elseif(type==KEY_LONG_DOWN){//長(zhǎng)按

}
}

//讀取鍵值(假設(shè)按鍵輸出口為STM32MCUPA8)
intread_key(void)
{
returnGPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_8)==Bit_RESET;
}

/*
*@brief按鍵初始化
*/
voidkey_init(void)
{
//打開(kāi)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);
}