嵌入式系統(tǒng)程序設計實例.ppt

1、a,1,嵌入式系統(tǒng)程序設計,a,2,嵌入式系統(tǒng)程序設計實例,本章旨在使用英倍特Embest Edukit-型教學實驗平臺和嵌入式Linux操作系統(tǒng)完成自動電梯模擬控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn),a,3,嵌入式系統(tǒng)程序設計實例,背景介紹 系統(tǒng)架構 詳細設計 系統(tǒng)函數(shù)說明 系統(tǒng)演示,a,4,一、背景介紹,系統(tǒng)目標機硬件采用Embest EduKit-III型開發(fā)板，S3C2410X處理器，目標機系統(tǒng)軟件采用mizi Linux操作系統(tǒng)。方便起見，宿主機軟件使用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）單部電梯運送乘客的整個工作過程。 利用實驗設備的鍵盤模擬電梯內部和外部的按鍵，利用LCD顯示器繪制電梯運行過程以及狀態(tài)和提示信息,a,7,背景介紹（續(xù)）,系統(tǒng)功能： 每層電梯入口處設有上行、下行請求按鈕，電梯內設有乘客請求停戰(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 電梯到達有停站的樓層后，該樓層有指示裝置表明到達了停

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、外部的所有請求信號，并按照電梯運行規(guī)則依次相應這些請求，每個請求信號保留至執(zhí)行后撤除,a,8,背景介紹（續(xù)）,為了實現(xiàn)電梯運行的正確邏輯，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行 嚴格規(guī)定電梯內部的信號優(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,系統(tǒng)總體結構 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（續(xù)）,系統(tǒng)總體結構圖,a,11,系統(tǒng)架構（續(xù)）,初始化模塊 基礎模塊，負責初始化電梯算法的數(shù)據(jù)結構，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（續(xù)）,電梯控制模塊 關鍵模塊，負責電梯當前狀態(tài)，根據(jù)電梯狀態(tài)派遣電梯執(zhí)行停止、運行、開門、關門等任務； 流程圖,a,13,a,14,系統(tǒng)架構（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部還是外部，E代表輸入確認鍵，*鍵代表程序結束。按鍵定義如下表所示：,a,15,系統(tǒng)架構（續(xù)）,a,16,系統(tǒng)架構（續(xù)）,電梯內部 0-7八個按鍵，模擬8個樓層，不設置開門和關門按鈕； 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部還是電梯外部。,a,17,系統(tǒng)架構（續(xù)）,使用步驟： 輸入A或是B； 輸入0-7：如果輸入A，0-7表示內部乘客請求到達的樓層；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。,a,18,系統(tǒng)架構（續(xù)）,LCD顯示模塊 本模塊通過LCD顯示電梯目前的運行信息 電梯狀態(tài) 當前位置 電梯內部和外部請求信息 電梯運行的動態(tài)效果 乘客請求的英文縮寫解釋,a,19,系統(tǒng)架構（續(xù)）,系統(tǒng)運行界面,a,20,系統(tǒng)架構（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，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（續(xù)）,a,22,系統(tǒng)架構（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，當電梯運行時，方塊位置會發(fā)生相應的動態(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，列出了乘客請求信息顯示區(qū)中字母簡寫對應的英文單詞。,a,23,三、詳細設計,數(shù)據(jù)結構描述 電梯運行算法設計 輸入輸出部分設計,a,24,1. 數(shù)據(jù)結構描述,自動電梯控制系統(tǒng)的4個模塊中，因為初始化部分工作較少，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點陣字模文件（Hzk24.c）、

8、ASC碼88點陣字模文件（Font.c）、開機初始圖片資源文件（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)結構,/* Elevator.h */ /* 電梯狀態(tài)：開、關、運行、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、電梯運行方向：向上、向下、無 */ typedef enum dir upward, downward, still, DIRECTION;,a,27,/* 當前電梯請求結構類型：內部請求、外部請求 */ typedef struct Request int inReq; OUTREQTYPE outReq; REQUEST; /* 電梯信息結構類型：運行方向、當前層數(shù)、運行狀態(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)結構,/* 當前乘客按鍵請求結構類型 */ typedef struct key int judge; /按鍵類型：取值可為內部按鍵（A）、外部按鍵（B） /確認按鍵（E）、退出按鍵（*） int floor; /內部按鍵請求到達的樓層：（07） char direction; /外部按鍵確定的電梯運行方向：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)結構,typedef struct

11、 fbdev int fb; unsigned long fb_mem_offset; unsigned long fb_mem; struct fb_fix_screeninfo fb_fix; /設備無關的常值信息 struct fb_var_screeninfo fb_var; /設備無關的數(shù)據(jù)信息 char dev20; FBDEV, *PFBDEV;,a,30,C. 其他數(shù)據(jù)結構,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點陣字 /模的數(shù)組 const uint8_t fontdata_8x8; /存放一個ASC碼88點陣字 /模的數(shù)組,a,31,2. 電梯運行算法設計,根據(jù)電梯運行流程，把電梯分為停止、運行、開門、關門四種控制狀態(tài)，如下圖所示。停止狀態(tài)是指電梯在沒有任何請求的情況下的靜止狀態(tài)，而不是指電梯在運行過程中開門前的停頓狀況。我們忽略停頓狀況，把電梯從運行狀態(tài)直接遷移為開門狀態(tài)。,a,32,電梯控制狀態(tài)轉移圖,a,33,電梯控制狀態(tài)轉移圖（續(xù)）,系統(tǒng)初始時，電梯處于停止狀態(tài)。 電梯處于停止狀態(tài)時，根據(jù)發(fā)出請求的樓層不同可以分別遷移到運行或者開門兩個不同狀態(tài)

13、。 電梯處于運行狀態(tài)時，如果沒有到達請求樓層發(fā)生自遷移，即保持運行狀態(tài)不變；當?shù)竭_請求樓層時，遷移到開門狀態(tài)。,a,34,電梯控制狀態(tài)轉移圖（續(xù)）,電梯處于開門狀態(tài)一段時間后必然遷移到關門狀態(tài)。 電梯處于關門狀態(tài)時可以根據(jù)是否有請求遷移到運行狀態(tài)或者遷移到停止狀態(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構體中的電梯狀態(tài)，調用相應控制狀態(tài)的函數(shù)來控制電梯的運行，偽代碼如下：,派遣函數(shù)(void) switch(電梯運行狀態(tài)) ,a,36,case 停止狀態(tài): 停止處理函數(shù); break; case 運行狀態(tài): 運行處理函數(shù); brea

14、k; case 開門狀態(tài): 開門處理函數(shù); break; case 關門狀態(tài): 關門處理函數(shù); break; default: break; ,a,37,電梯停止狀態(tài)流程圖,a,38,電梯運行狀態(tài)流程圖,a,39,電梯開門狀態(tài)流程圖,a,40,電梯關門狀態(tài)流程圖,a,41,3. 輸入輸出部分設計,LCD輸出模塊負責顯示系統(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文字； 系統(tǒng)主要工作在系統(tǒng)運行界面下。,a,42,輸入輸出部分設計（續(xù)）,按鍵輸入模塊的主要功能有三個：設置鍵盤鍵值；掃描鍵盤，采集按鍵信息；獲取乘客請求

15、結構體信息，并對這些信息進行封裝、判斷、轉換等一系列的處理。,a,43,輸入輸出部分設計（續(xù)）,在設計當中，為了使鍵盤部分能夠及時有效的響應，目標機上接有鍵盤專用芯片ZLG7290。鍵盤的動作由芯片ZLG7290檢測，當鍵盤按下時，芯片檢測到后在INT引腳產生中斷觸發(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,輸入輸出部分設計（續(xù)）,在設計當中，為了使鍵盤部分能夠及時有效的響應，目標機上接有鍵盤專用芯片ZLG7290。鍵盤的動作由芯片ZLG7290檢測，當鍵盤按下時，芯片檢測到后在INT引腳產生中斷觸發(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,輸入輸出部分設計（續(xù)）,鍵盤獲得的輸入信息繁多而復雜，需要對這些信息進行處理，該過程分為兩個步驟： 首先，對信息進行篩選和封裝。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的，所以需要對按鍵信息進行篩選，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構體中存儲。,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、。首先完成設備初始化，包括打開Framebuffer和i2c設備，調用InitSystem()函數(shù)初始化系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構和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，當用戶輸入*時循環(huán)結束，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)。調用InitElevator()函數(shù)初始化電梯信息結構類型數(shù)據(jù)結構，調用InitLcd()函數(shù)初始化LCD。,a,48,電梯控制算法模塊（續(xù)）,InitElevator():電梯信息結構初始化函數(shù)。初始化電梯信息結構類型變量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)電梯當前狀態(tài)，調用不同狀態(tài)處理函數(shù)。,a,49,電梯控制算法模塊（續(xù)）,ElevatorStop():電梯停止狀態(tài)處理函數(shù)。 ElevatorRun():電梯運行狀態(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():用戶信息轉換函數(shù)。把乘客按鍵請求信息結構體key中的信息映射至電梯信息結構體ElevatorInfo，設置電梯運行狀態(tài)。 Display():運行界面顯示函數(shù)。顯示系統(tǒng)運行界面。 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):鍵值轉換函數(shù)。把掃描碼轉換為鍵碼。 key():按鍵獲取函數(shù)。讀取i2c總線，獲得用戶按鍵。