- 底层驱动
- 初始化配置表
- 硬件抽象层
- 对GPIO抽象化
- 中间交换层
- 接收缓存区设置
- 变量标志位
- 系统任务调用层
- 基本检测事件任务
- 软件协议处理任务
- 硬件控制处理任务
- DEBUG调试模式
- 像Linux一样打印系统运行时间
编程代码前遵循结构设计,大体分为三部分,底层驱动,硬件抽象层,系统任务调用层,程序设计按照这部分来进行设计。
底层驱动
底层驱动是对应相应的MCU而制定的,与MCU的库函数,开发环境搭建有关,底层驱动是将项目所需要的功能进行一系列的初始化,并将基础的功能封装成一个个函数供顶层任务层调用。以STM32为例,底层驱动设计框架如下图所示。
初始化配置表
配置表的设置需要根据项目的需求而添加,例如系统初始化WiFi模块时需要配置IP地址,RTC时间初始化需要给定一个具体时间等,这些可以通过写一个初始化配置表,在初始化驱动的时候将里面的值传进驱动的代码中。例如
//网络配置表
struct Network_status Dev_Network_status = {
.u8gateway = "192.168.1.1",
.u8DevIP_addr = "192.168.1.101",
.u8Target_host_addr = "192.168.1.100",
.u32port = 9090,
.u8net_mask = "255.255.255.0",
};
//RTC时间配置表
struct RTC_Timer Dev_RTC_Timer_config = {
.u32Year = 2016,
.u32Month = 7,
.u32Day = 15,
.u32Hour = 23,
.u32Minute = 45,
.u32Second = 30,
.u32DayOfWeek = RTC_SATURDAY,
.u32TimeScale = RTC_CLOCK_24,
};
硬件抽象层
硬件抽象层将任务与底层驱动区分开来,将硬件驱动功能抽象化
对GPIO抽象化
在底层,GPIO模块子程序中将GPIO管脚配置的函数赋值给probe结构体,然后调用硬件抽象层获取函数,使得硬件抽象层获得驱动信息。
底层GPIO.c部分代码。
static void Dev_GPIO_Set_Value(const uint8_t Lock_number,const uint8_t value);
static uint8_t Dev_GPIO_Detect_Value(const uint8_t Lock_number);
void Dev_GPIO_probe(void *PGPIO_struct)
{
…………………………………………………..
PGPIO_info->GPIO_Set_Value = Dev_GPIO_Set_Value; //底层驱动接口
PGPIO_info->GPIO_Detect_Value = Dev_GPIO_Detect_Value;
Get_Dev_gpio_info(PGPIO_info); //硬件抽象层获取底层驱动资源配置
………………………………………………
}
硬件抽象层将获取的资源封装在函数里面供系统任务调用
硬件抽象层System_Hardware.c部分代码
static struct GPIO_data *PDirver_to_GPIO_data = NULL;
void Get_Dev_gpio_info(void *PDev_gpio_info) //获取底层驱动资源函数
{
PDirver_to_GPIO_data = (struct GPIO_data *)PDev_gpio_info;
}
void gpio_set_value(const uint8_t gpio,const uint8_t value) //任务调用层调用函数
{
PDirver_to_GPIO_data->GPIO_Set_Value(gpio,value);
}
uint8_t gpio_get_value(const uint8_t gpio)
{
return PDirver_to_GPIO_data->GPIO_Detect_Value(gpio);
}
中间交换层
仿照Linux的模块风格,在硬件抽象层设置变量,通过这些变量进行底层与任务之间的信息交换。 交换层不设置全局变量,对变量的访问只能通过硬件抽象层提供的API进行访问。
接收缓存区设置
数据接收在交换层里面设置,处理数据信息只在驱动层处理,由相应的驱动设备处理接收到的信息,并将信息保存进缓存区的接收数据中,等待顶层任务调用来处理信息。
uint8_t Receive_Uart[100];
uint8_t Receive_SPI[100];
变量标志位
标志位记录着系统的运行状态,顶层任务都是通过这个标志位来进行判断处理。标志位的基本写法如下
struct Basic_info {
uint8_t Protocol_status;
uint8_t SPI_ready;
uint8_t I2C_ready;
};
系统任务调用层
顶层的任务调度是系统运行起来的基本功能集合,来实现整个系统的功能,任务基本分为四个部分。顶层的任务调度采用FreeRTOS系统进行轮询的调度,没有涉及到优先级强占的问题。
基本检测事件任务
该任务采用轮询的方式进行扫描,查询系统标志位的状态。任务的基本涉及如下
static void Basic_Detection_task(void)
{
portTickType xLastExecutionTime;
LastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
while(1)
{
Scanning_System_Status()
vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime,
(( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
}
}
软件协议处理任务
任务在一开始就处于挂起状态,激活该任务由系统基本检测事件任务判断的标志位激活。
static void Software_processing_tasks(void *pvParameters)
{
portTickType xLastExecutionTime;
xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
while(1)
{
vTaskSuspend( NULL );
Protocol_decoding(&Dev_Config_Message);
Keybad_control(&Dev_key_config);
vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime,
(( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
}
}
硬件控制处理任务
该任务有唯一操作硬件的功能,访问和调用底层驱动API来具体实现硬件的功能,所有有关硬件的操作都包含在里面,该任务一开始也是出于挂起状态,由软件协议处理任务来激活调度,通过更新处理结果的标志位,让硬件控制任务来处理相应的命令
static void Hardware_control_tasks( void *pvParameters )
{
portTickType xLastExecutionTime;
xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
while(1)
{
vTaskSuspend( NULL );
Hardware_setup_function();
vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime,
(( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
}
}
DEBUG调试模式
在模块内适当的地方加载打印,但打印需要从新定义printf函数。在调试模式下,如果函数中有很多printf打印,编译出来的镜像会很大,但实际上调试完毕后就不需要输出这些打印。所以重新定义printf关键字以至于可以统一打开和关闭,关闭后会将代码中所有的printf删除,编译出来的镜像会小很多。节省空间重定义printf函数的实例为:
#if (DEBUG == 1)
#define Dev_DBG(format...) printf(format)
#else
#define Dev_DBG (format...) do { } while (0)
#endif
像Linux一样打印系统运行时间
在嵌入式Linux内核运行起来后,每个打印的前面会有一个时间戳,可以方便地看各个任务以及模块运行的时间间隔,在嵌入式C语言中可以将printf修改,与定时器结合,为调试添加时间戳。
设定一个全局变量
extern uint32 u32System_time;
假设设定定时器中断时间为1ms,在定时器中断服务函数里面添加
u32System_time++;
在相应的头文件里面添加宏定义
#define OPEN_DEV_DBG 1
#if (OPEN_DEV_DBG == 1)
#define DEV_DBG(format,...) printf("[ %d.%03d ] "format, \
(u32System_time)/1000,(u32System_time)%1000, \
##__VA_ARGS__)
#else
#define DEV_DBG(format,...) do { } while (0)
#endif
在多任务的地方添加如下打印:DEV_DBG(“1000 ms is called once\r\n”);
在多任务里面测试时间戳效果如下
[ 0.208 ] 200 ms is called once
[ 0.408 ] 200 ms is called once
[ 0.506 ] 500 ms is called once
[ 0.608 ] 200 ms is called once
[ 0.703 ] 700 ms is called once
[ 0.808 ] 200 ms is called once
[ 1.000 ] 1000 ms is called once
[ 1.006 ] 500 ms is called once
[ 1.009 ] 200 ms is called once
[ 1.208 ] 200 ms is called once
[ 1.403 ] 700 ms is called once
[ 1.408 ] 200 ms is called once
[ 1.506 ] 500 ms is called once
[ 1.608 ] 200 ms is called once
[ 1.808 ] 200 ms is called once
[ 2.000 ] 1000 ms is called once
[ 2.006 ] 500 ms is called once
[ 2.009 ] 200 ms is called once
[ 2.103 ] 700 ms is called once
[ 2.208 ] 200 ms is called once
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