嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺課件

嵌入式技術(shù)與應(yīng)用

智能電器與智能系統(tǒng)省重點實驗室

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺7CHAPTER第7章目錄1.如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺2.數(shù)據(jù)隊列3.串口驅(qū)動4.MODEM接口模塊5.I2C總線模塊6.SPI總線模塊7.其它軟件模塊7.1如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺平臺的概念平臺是一個意義很廣泛的詞，要準(zhǔn)確的定義平臺不是件容易的事。在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)平臺具有如下特點：層次性服務(wù)性規(guī)范性通用性技術(shù)密度平臺的概念平臺是一個意義很廣泛的詞，要準(zhǔn)確的定義平臺不是件容易的事。在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)平臺具有如下特點：層次性服務(wù)性規(guī)范性通用性技術(shù)密度平臺是一個意義很廣泛的詞，要準(zhǔn)確的定義平臺不是件容易的事。在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)平臺具有如下特點：層次性層次性首先表現(xiàn)在平臺本身具有層次，高層的平臺是以低層平臺為基礎(chǔ)搭建起來的。還表現(xiàn)在每個層次的平臺的內(nèi)部還有層次性。越高層次的平臺越容易使用，對使用者的要求也就越低。服務(wù)性平臺是為應(yīng)用服務(wù)的，沒有應(yīng)用的平臺是無意義的，沒有存在的必要。對于元器件來說，線路板就是它的應(yīng)用。而API是硬件平臺的應(yīng)用，應(yīng)用程序又是API的應(yīng)用。規(guī)范性通用性技術(shù)密度平臺的概念平臺是一個意義很廣泛的詞，要準(zhǔn)確的定義平臺不是件容易的事。在嵌入式系統(tǒng)中的開發(fā)平臺具有如下特點：層次性服務(wù)性規(guī)范性當(dāng)一個平臺建立起來后，其對應(yīng)用的接口就具有一定的規(guī)范。一個軟件模塊一旦開發(fā)完畢，其接口函數(shù)及使用方法就確定了，應(yīng)用程序就需要按照規(guī)范使用。通用性平臺從來不是給一個應(yīng)用使用的。如果一個平臺只能給一個應(yīng)用使用，作為平臺來說，其設(shè)計是失敗的（盡管其作為最終應(yīng)用可能是成功的）。這是平臺的服務(wù)性決定的。技術(shù)密度應(yīng)用程序應(yīng)用程序接口電路板元器件平臺的例子層次性服務(wù)性規(guī)范性通用性技術(shù)密度本章重點介紹該層7.1如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺使用平臺開發(fā)的優(yōu)勢應(yīng)用程序接口這個嵌入式軟件開發(fā)平臺的提出和應(yīng)用是因為其能夠解決當(dāng)前及今后的嵌入式開發(fā)過程中出現(xiàn)的一些矛盾。以下是使用嵌入式軟件開發(fā)平臺（API）開發(fā)的優(yōu)點：縮短開發(fā)時間降低對開發(fā)人員的要求降低開發(fā)成本增加穩(wěn)定性和可靠性降低軟件對硬件變化的敏感性不適合使用平臺開發(fā)的場合雖然使用平臺開發(fā)有很多優(yōu)點，但其也不是萬能的。有一些場合并不適合使用平臺開發(fā)，這些場合主要有以下幾種：極大批量的產(chǎn)品這種產(chǎn)品往往要求硬件成本和生產(chǎn)成本最低化。而使用平臺開發(fā)不可避免帶來資源占用的增加，反映到硬件上就是成本的增加。有時這種增加是不可接受的。這種情況不適合用平臺開發(fā)。沒有合適的平臺但產(chǎn)品需要盡快上市時開發(fā)平臺是需要時間的，甚至比當(dāng)前的項目的時間更長。但如果后續(xù)有類似的產(chǎn)品，則還是建議開發(fā)者逐步建立起自己的開發(fā)平臺，這會對以后所有的項目帶來好處。需要極度榨取硬件性能的場合除了極大批量的產(chǎn)品需要極度榨取硬件性能外，估計只有科學(xué)研究和一些一件一件制造的高價值產(chǎn)品（如巨型機）需要這樣做了，在普通的企業(yè)中應(yīng)該不容易見到。編寫自己的軟件模塊因為開發(fā)平臺基于操作系統(tǒng)，所以很可能多個任務(wù)和/或同時訪問同一個API函數(shù)。這就需要API函數(shù)必須是可重入的。這里主要介紹如何使這些函數(shù)可重入，和其它一些內(nèi)容。1.使用任務(wù)2.禁止然后允許中斷3.使用信號量4.使用數(shù)據(jù)隊列5.禁止然后允許任務(wù)調(diào)度6.使用一個任務(wù)作為模塊服務(wù)器7.復(fù)合方法編寫自己的軟件模塊因為開發(fā)平臺基于操作系統(tǒng)，所以很可能多個任務(wù)和/或同時訪問同一個API函數(shù)。這就需要API函數(shù)必須是可重入的。這里主要介紹如何使這些函數(shù)可重入，和其它一些內(nèi)容。1.使用任務(wù)

有一些設(shè)備需要CPU周期為其服務(wù)，典型的是掃描顯示和掃描鍵盤?？梢越o它們分配相應(yīng)的任務(wù)，與用戶任務(wù)一起調(diào)度。這樣，就可以使用任何任務(wù)間通信的方法實現(xiàn)。鍵盤掃描任務(wù)顯示任務(wù)用戶任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核通信通信編寫自己的軟件模塊2.禁止然后允許中斷

有一些設(shè)備需要的訪問時間很短，如全局變量。它們可以通過禁止中斷——訪問設(shè)備——允許中斷的方式編寫軟件模塊。任務(wù)A允許中斷禁止中斷中斷服務(wù)函數(shù)全局變量編寫自己的軟件模塊4.使用數(shù)據(jù)隊列

有一些設(shè)備具有自己的中斷，典型的是串口輸出?？梢岳孟㈥犃袑⒂脩羧蝿?wù)需要的服務(wù)通過消息隊列排隊、緩沖起來，利用中斷功能依次服務(wù)。任務(wù)A任務(wù)B任務(wù)C中斷服務(wù)函數(shù)

數(shù)據(jù)隊列編寫自己的軟件模塊5.禁止然后允許任務(wù)調(diào)度

當(dāng)中斷服務(wù)程序不可能訪問這個資源時，可以使用本方法避免實現(xiàn)函數(shù)重入。但是不推薦用戶使用此方法。任務(wù)A允許任務(wù)切換禁止任務(wù)切換中斷服務(wù)函數(shù)獨享資源編寫自己的軟件模塊6.使用一個任務(wù)作為模塊服務(wù)器

當(dāng)一個軟件模塊十分復(fù)雜，使用上述方法難以保證API函數(shù)可重入性時，或軟件模塊需要在單任務(wù)環(huán)境和多任務(wù)環(huán)境都能夠使用時，可以依照單任務(wù)的方式編寫，然后編寫一個任務(wù)作為服務(wù)器，由這個服務(wù)器直接操作這個軟件模塊，而其它的任務(wù)通過消息隊列等方式與之通訊，把需要的操作提交給服務(wù)器，而服務(wù)器通過消息郵箱等方式返回操作結(jié)果。服務(wù)器任務(wù)任務(wù)A任務(wù)B...任務(wù)N軟件包

數(shù)據(jù)隊列編寫自己的軟件模塊編寫軟件模塊由一個要注意的地方是：必須把與硬件相關(guān)的部分和與硬件無關(guān)的部分分開。這可以通過把與硬件相關(guān)的部分放在驅(qū)動程序中實現(xiàn)。這樣，硬件變化時只需要重新編寫驅(qū)動程序即可。驅(qū)動程序也可以分層實現(xiàn)。也可以通過配置實現(xiàn)，不過這有時不太容易實現(xiàn)。當(dāng)然可以合并使用。硬件平臺A硬件平臺B硬件平臺C硬件驅(qū)動A硬件驅(qū)動B硬件驅(qū)動C軟件模塊軟件模塊軟件模塊軟件模塊應(yīng)用于不同的硬件平臺時，只需要修改相應(yīng)的硬件驅(qū)動第7章目錄1.如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺2.數(shù)據(jù)隊列3.串口驅(qū)動4.MODEM接口模塊5.I2C總線模塊6.SPI總線模塊7.其它軟件模塊7.2數(shù)據(jù)隊列簡介數(shù)據(jù)隊列一般用于數(shù)據(jù)緩存，可以用來平衡速率不同的兩個部件，使快速部件無需等待慢速部件。任務(wù)A任務(wù)B數(shù)據(jù)隊列任務(wù)A產(chǎn)生信息快而短促任務(wù)B處理信息相對較慢7.2數(shù)據(jù)隊列API函數(shù)數(shù)據(jù)隊列軟件模塊包括的API函數(shù)如下所示：API函數(shù)名功能簡介QueueCreate建立數(shù)據(jù)隊列QueueRead獲取隊列中的數(shù)據(jù)QueueWriteFIFO（先進先出）方式發(fā)送數(shù)據(jù)QueueWriteFrontLIFO（后進先出）方式發(fā)送數(shù)據(jù)QueueFlush清空隊列QueueNData取得隊列中已存儲數(shù)據(jù)的數(shù)目QueueSize取得隊列中總共可以存儲的數(shù)據(jù)數(shù)目API函數(shù)45673012數(shù)據(jù)隊列有效數(shù)據(jù)空間空閑數(shù)據(jù)空間QueueRead讀隊列中數(shù)據(jù)QueueWriteFIFO方式寫數(shù)據(jù)QueueWriteFrontLIFO方式寫數(shù)據(jù)注：API函數(shù)的具體使用方法，請參看相關(guān)手冊。QueueCreateQueueFlushQueueNDataQueueSize7.3串口驅(qū)動API函數(shù)串口驅(qū)動軟件模塊包括的API函數(shù)如下所示：API函數(shù)名功能簡介UART0Init初始化UART0UART0Putch發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)UART0Write發(fā)送多個字節(jié)數(shù)據(jù)UART0Getch接收一個字節(jié)數(shù)據(jù)UART0InitUART0Init7.3串口驅(qū)動API函數(shù)串口驅(qū)動軟件模塊包括的API函數(shù)如下所示：主機A主機BUART0GetchUART0PutchUART0WriteTXDRXDUART0PutchUART0WriteUART0GetchTXDRXD第7章目錄1.如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺2.數(shù)據(jù)隊列3.串口驅(qū)動4.MODEM接口模塊5.I2C總線模塊6.SPI總線模塊7.其它軟件模塊7.4MODEM接口簡介在實際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)和其它控制單元的通信可能不局限于一個小的地理范圍，如跨城市通訊甚至跨洲通訊。此時，如果需要布置專門的通訊線路則成本太高，利用現(xiàn)成的通訊網(wǎng)絡(luò)成為唯一的選擇。而電話網(wǎng)絡(luò)是目前分布最廣的廉價通訊網(wǎng)絡(luò)。不過，要利用電話網(wǎng)絡(luò)需要一種接口設(shè)備，這就是MODEM（調(diào)制解調(diào)器）。7.4MODEM接口模塊API函數(shù)MODEM接口軟件模塊包括的API函數(shù)如下所示：API函數(shù)名功能簡介ModemInit初始化MODEMGetModemState獲取MODEM狀態(tài)ModemWrite通過MODEM發(fā)送多個字節(jié)數(shù)據(jù)ModemGetch從MODEM獲取一個字節(jié)數(shù)據(jù)ModemDiaUP通過MDOEM撥號ModemDiaDown掛斷MODEM7.4MODEM接口模塊API函數(shù)所有API函數(shù)的返回值為當(dāng)前MODEM的狀態(tài)，如下所示：MODEM狀態(tài)狀態(tài)說明NOT_INIT_MODEM不能初始化MODEMNOT_FIND_MODEM沒有找到MODEMMODEM_CLOSE連接關(guān)閉MODEM_RING發(fā)現(xiàn)振鈴信號MODEM_CONNECT已經(jīng)與對方連接上ModemInitGetModemStateModemDiaUPModemDiaDownModemInitGetModemStateModemDiaUPModemDiaDownAPI函數(shù)ModemGetch獲取一字節(jié)數(shù)據(jù)ModemWrite發(fā)送多字節(jié)數(shù)據(jù)ModemWrite發(fā)送多字節(jié)數(shù)據(jù)ModemGetch獲取一字節(jié)數(shù)據(jù)第7章目錄1.如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺2.數(shù)據(jù)隊列3.串口驅(qū)動4.MODEM接口模塊5.I2C總線模塊6.SPI總線模塊7.其它軟件模塊7.5I2C總線模塊簡介I2C總線由Philips公司推出，是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少、控制方式簡化、器件封裝形式小、通信速率較高等優(yōu)點。在主從通信中，可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上，通過地址來識別通信對象。7.5I2C總線模塊簡介I2C總線通過2根線——串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時鐘線(SCL)連接到總線上的任何一個器件，每個器件都應(yīng)有一個唯一的地址，而且都可以作為一個發(fā)送器或接收器。此外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機或從機。RpRpVDDSCLSDASDA出SDA入SCL入SCL出SCLSDA器件1器件2I2CBUS7.5I2C總線模塊API函數(shù)I2C接口軟件模塊包括的API函數(shù)如下所示：API函數(shù)名功能簡介I2cInit初始化I2C總線I2cWrite向I2C從器件寫數(shù)據(jù)I2cRead從I2C從器件讀數(shù)據(jù)7.5I2C總線模塊API函數(shù)RpRpVDDSCLSDASDA出SDA入SCL入SCL出SCLSDA器件1器件2I2CBUSI2cWrite向從器件寫數(shù)據(jù)I2cRead讀取從器件數(shù)據(jù)I2cInit初始化I2C總線第7章目錄1.如何建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺2.數(shù)據(jù)隊列3.串口驅(qū)動4.MODEM接口模塊5.I2C總線模塊6.SPI總線模塊7.其它軟件模塊7.6SPI總線模塊簡介串行外圍設(shè)備接口SPI總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。SPI總線是一種三線同步總線，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務(wù)。SPI是一個全雙工的串行接口。它設(shè)計成可以處理在一個給定總線上多個互連的主機和從機。在一定數(shù)據(jù)傳輸過程中，接口上只能有一個主機和一個從機能夠通信。在一次數(shù)據(jù)傳輸中，主機總是向從機