给自己的学习总结帖~~ 这里仅都是c语言 嵌入式相关的代码啊

一、在STM32上实现驱动注册initcall机制

每个硬件如LED控制,GPIO口需要初始化,初始化函数bsp_led_init();这个函数需要在主函数中调用初始化,类似这样:

void bsp_init(void)
{
    bsp_rcc_init();
    bsp_tick_init();
    bsp_led_init();
    bsp_usart_init();
}

    这样存在的问题是:

    当有很对驱动,加入100个硬件驱动,我们只用到了了50个,剩下的源文件不参与编译,此时如果忘记将主函数中的相应初始化删除,就会报错。这样操作很麻烦,不能很好的实现单个驱动文件的隔离。

    那么现在就提供解决此问题的方式。这个方式源自于Linux内核--initcall机制。具体讲解网络上很多,在此不在详细说明。

    可阅读:

    keil 之Image

    linux的initcall机制(针对编译进内核的驱动) :


代码

    头文件:

#ifndef _COLA_INIT_H_
#define _COLA_INIT_H_
 
 
#define  __used  __attribute__((__used__))
 
typedef void (*initcall_t)(void);
 
#define __define_initcall(fn, id) \
    static const initcall_t __initcall_##fn##id __used \
    __attribute__((__section__("initcall" #id "init"))) = fn; 
 
#define pure_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 0) //可用作系统时钟初始化  
#define fs_initcall(fn)         __define_initcall(fn, 1) //tick和调试接口初始化
#define device_initcall(fn)     __define_initcall(fn, 2) //驱动初始化
#define late_initcall(fn)       __define_initcall(fn, 3) //其他初始化
    
 
void do_init_call(void);
    
#endif

    源文件:

#include "cola_init.h"
 
 
 
void do_init_call(void)
{
    extern initcall_t initcall0init$$Base[];
    extern initcall_t initcall0init$$Limit[];
    extern initcall_t initcall1init$$Base[];
    extern initcall_t initcall1init$$Limit[];
    extern initcall_t initcall2init$$Base[];
    extern initcall_t initcall2init$$Limit[];
    extern initcall_t initcall3init$$Base[];
    extern initcall_t initcall3init$$Limit[];
    
    initcall_t *fn;
    
    for (fn = initcall0init$$Base;
            fn < initcall0init$$Limit;
            fn++)
    {
        if(fn)
            (*fn)();
    }
    
    for (fn = initcall1init$$Base;
            fn < initcall1init$$Limit;
            fn++)
    {
        if(fn)
            (*fn)();
    }
    
    for (fn = initcall2init$$Base;
            fn < initcall2init$$Limit;
            fn++)
    {
        if(fn)
            (*fn)();
    }
    
    for (fn = initcall3init$$Base;
            fn < initcall3init$$Limit;
            fn++)
    {
        if(fn)
            (*fn)();
    }
       
}

    在主进程中调用void do_init_call(void)进行驱动初始化,驱动注册初始化时调用:

pure_initcall(fn)        //可用作系统时钟初始化  
 fs_initcall(fn)          //tick和调试接口初始化
 device_initcall(fn)      //驱动初始化
 late_initcall(fn)

    举个例子:

static void led_register(void)
{
    led_gpio_init();
    led_dev.dops = &ops;
    led_dev.name = "led";
    cola_device_register(&led_dev);
}
 
device_initcall(led_register);

    这样头文件中就没有有对外的接口函数了。

代码

    gitee:

https://gitee.com/schuck/cola_os

    girhub:

https://github.com/sckuck-bit/cola_os

二、嵌入式中实现应用层和硬件层分层管理

  以STM32为例,打开网络上下载的例程或者是购买开发板自带的例程,都会发现应用层中会有stm32f10x.h或者stm32f10x_gpio.h,这些文件严格来时属于硬件层的,如果软件层出现这些文件会显得很乱。

    使用过Linux的童鞋们肯定知道linux系统无法直接操作硬件层,打开linux或者rt_thread代码会发现代码中都会有device的源文件,没错,这就是驱动层。

c语言-嵌入式专辑1~_c语言

实现原理

    原理就是将硬件操作的接口全都放到驱动链表上,在驱动层实现device的open、read、write等操作。当然这样做也有弊端,就是驱动find的时候需要遍历一遍驱动链表,这样会增加代码运行时间。

代码实现

    国际惯例,写代码先写头文件。rt_thread中使用的是双向链表,为了简单在这我只用单向链表。有兴趣的可以自行研究rt_thread

    头文件接口:

    本次只实现如下接口,device_open  和device_close等剩下的接口可以自行研究。这样就可以在应用层中只调用如下接口可实现:

/*
    驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev);
/*
    驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name);
/*
    驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev,  int pos, void *buffer, int size);
/*
    驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);
/*
    驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev,  int cmd, void *arg);

    头文件cola_device.h:

#ifndef _COLA_DEVICE_H_
#define _COLA_DEVICE_H_
 
 
enum LED_state
{
    LED_OFF,
    LED_ON,
    LED_TOGGLE,
 
};
 
typedef struct cola_device  cola_device_t;
 
struct cola_device_ops
{
    int  (*init)   (cola_device_t *dev);
    int  (*open)   (cola_device_t *dev, int oflag);
    int  (*close)  (cola_device_t *dev);
    int  (*read)   (cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);
    int  (*write)  (cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);
    int  (*control)(cola_device_t *dev, int cmd, void *args);
 
};
 
struct cola_device
{
    const char * name;
    struct cola_device_ops *dops;
    struct cola_device *next;
};
 
/*
    驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev);
/*
    驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name);
/*
    驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev,  int pos, void *buffer, int size);
/*
    驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);
/*
    驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev,  int cmd, void *arg);
 
#endif

    源文件cola_device.c:

#include "cola_device.h"
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
 
 
struct cola_device *device_list = NULL;
 
/*
    查找任务是否存在
*/
static bool cola_device_is_exists( cola_device_t *dev )
{
    cola_device_t* cur = device_list;
    while( cur != NULL )
    {
        if( strcmp(cur->name,dev->name)==0)
        {
            return true;
        }
        cur = cur->next;
    }
    return false;
}
 
 
static int device_list_inster(cola_device_t *dev)
{
    cola_device_t *cur = device_list;
    if(NULL == device_list)
    {
        device_list = dev;
        dev->next   = NULL;
    }
    else
    {
        while(NULL != cur->next)
        {
            cur = cur->next;
        }
        cur->next = dev;
        dev->next = NULL;
    }
    return 1;
}
 
/*
    驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev)
{
    if((NULL == dev) || (cola_device_is_exists(dev)))
    {
        return 0;
    }
 
    if((NULL == dev->name) ||  (NULL == dev->dops))
    {
        return 0;
    }
    return device_list_inster(dev);
 
}
/*
    驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name)
{
    cola_device_t* cur = device_list;
    while( cur != NULL )
    {
        if( strcmp(cur->name,name)==0)
        {
            return cur;
        }
        cur = cur->next;
    }
    return NULL;
}
/*
    驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev,  int pos, void *buffer, int size)
{
    if(dev)
    {
        if(dev->dops->read)
        {
            return dev->dops->read(dev, pos, buffer, size);
        }
    }
    return 0;
}
/*
    驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size)
{
    if(dev)
    {
        if(dev->dops->write)
        {
            return dev->dops->write(dev, pos, buffer, size);
        }
    }
    return 0;
}
/*
    驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev,  int cmd, void *arg)
{
    if(dev)
    {
        if(dev->dops->control)
        {
            return dev->dops->control(dev, cmd, arg);
        }
    }
    return 0;
}

    硬件注册方式:以LED为例,初始化接口void led_register(void),需要在初始化中调用。

#include "stm32f0xx.h"
#include "led.h"
#include "cola_device.h"
 
 
#define PORT_GREEN_LED                 GPIOC                   
#define PIN_GREENLED                   GPIO_Pin_13              
 
/* LED亮、灭、变化 */
#define LED_GREEN_OFF                  (PORT_GREEN_LED->BSRR = PIN_GREENLED)
#define LED_GREEN_ON                   (PORT_GREEN_LED->BRR  = PIN_GREENLED)
#define LED_GREEN_TOGGLE               (PORT_GREEN_LED->ODR ^= PIN_GREENLED)
 
 
static cola_device_t led_dev;
 
static void led_gpio_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOC, ENABLE);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_GREENLED;                            
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;                     
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                  
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                     
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;                  
    GPIO_Init(PORT_GREEN_LED, &GPIO_InitStructure);
    LED_GREEN_OFF;
}
 
static int led_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *args)
{
    if(LED_TOGGLE == cmd)
    {
        LED_GREEN_TOGGLE;
    }
    else 
    {
        
    }
    return 1;
}
 
 
static struct cola_device_ops ops =
{
    .control = led_ctrl,
};
 
void led_register(void)
{
    led_gpio_init();
    led_dev.dops = &ops;
    led_dev.name = "led";
    cola_device_register(&led_dev);
}

    应用层app代码:

#include <string.h>
#include "app.h"
#include "config.h"
#include "cola_device.h"
#include "cola_os.h"
 
static task_t timer_500ms;
static cola_device_t *app_led_dev;
 
//led每500ms状态改变一次
static void timer_500ms_cb(uint32_t event)
{
    cola_device_ctrl(app_led_dev,LED_TOGGLE,0);
}
 
void app_init(void)
{
    app_led_dev = cola_device_find("led");
    assert(app_led_dev);
    cola_timer_create(&timer_500ms,timer_500ms_cb);
    cola_timer_start(&timer_500ms,TIMER_ALWAYS,500);
}

这样app.c文件中就不需要调用led.h头文件了,rtt就是这样实现的。

代码下载链接

https://gitee.com/schuck/cola_os

三、STM32软件定时器的实现

在Linux,uC/OS,FreeRTOS等操作系统中,都带有软件定时器,原理大同小异。典型的实现方法是:通过一个硬件定时器产生固定的时钟节拍,每次硬件定时器中断到,就对一个全局的时间标记加一,每个软件定时器都保存着到期时间。

    程序需要定期扫描所有运行中的软件定时器,将各个到期时间与全局时钟标记做比较,以判断对应软件定时器是否到期,到期则执行相应的回调函数,并关闭该定时器。

    以上是单次定时器的实现,若要实现周期定时器,即到期后接着重新定时,只需要在执行完回调函数后,获取当前时间标记的值,加上延时时间作为下一次到期时间,继续运行软件定时器即可。

 时钟节拍

    软件定时器需要一个硬件时钟源作为基准,这个时钟源有一个固定的节拍(可以理解为秒针的每次滴答),用一个32位的全局变量tickCnt来记录这个节拍的变化:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_02

每来一个节拍就对tickCnt加一(记录滴答了多少下):

c语言-嵌入式专辑1~_#include_03


 一旦开始运行,tickCnt将不停地加一,而每个软件定时器都记录着一个到期时间,只要tickCnt大于该到期时间,就代表定时器到期了。

数据结构

    软件定时器的数据结构决定了其执行的性能和功能,一般可分为两种:数组结构和链表结构。什么意思呢?这是(多个)软件定时器在内存中的存储方式,可以用数组来存,也可以用链表来存。

    两者的优劣之分就是两种数据结构的特性之分:数组方式的定时器查找较快,但数量固定,无法动态变化,数组大了容易浪费内存,数组小了又可能不够用,适用于定时事件明确且固定的系统。

    链表方式的定时器数量可动态增减,易造成内存碎片(如果没有内存管理),查找的时间开销相对数组大,适用于通用性强的系统,Linux,uC/OS,FreeRTOS等操作系统用的都是链表式的软件定时器。

    本文使用数组结构:

 

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_04

 数组和链表是软件定时器整体的数据结构,当具体到单个定时器时,就涉及软件定时器结构体的定义,软件定时器所具有的功能与其结构体定义密切相关,以下是本文中软件定时器的结构体定义:

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_05

 定时器的状态共有三种,默认是停止,启动后为运行,到期后为超时。 

c语言-嵌入式专辑1~_#include_06

   模式有两种:到期后就停止的是单次模式,到期后重新定时的是周期模式。

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_07

不管哪种模式,定时器到期后,都将执行回调函数,以下是该函数的定义,参数指针argv为void指针类型,便于传入不同类型的参数。 

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_08

 上述结构体中的模式state和回调函数指针cb是可选的功能,如果系统不需要周期执行的定时器,或者不需要到期后自动执行某个函数,可删除此二者定义。

定时器操作
初始化

    首先是软件定时器的初始化,对每个定时器结构体的成员赋初值,虽说static变量的初值为0,但个人觉得还是有必要保持初始化变量的习惯,避免出现一些奇奇怪怪的BUG。

c语言-嵌入式专辑1~_#include_09

启动

    启动一个软件定时器不仅要改变其状态为运行状态,同时还要告诉定时器什么时候到期(当前tickCnt值加上延时时间即为到期时间),单次定时还是周期定时,到期后执行哪个函数,函数的参数是什么,交代好这些就可以开跑了。

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_10

上面函数中的assert_param()用于参数检查,类似于库函数assert()。

更新

    本文中软件定时器有三种状态:停止,运行和超时,不同的状态做不同的事情。停止状态最简单,啥事都不做;运行状态需要不停地检查有没有到期,到期就执行回调函数并进入超时状态。

    超时状态判断定时器的模式,如果是周期模式就更新到期时间,继续运行,如果是单次模式就停止定时器。这些操作都由一个更新函数来实现:

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_11

停止

    如果定时器跑到一半,想把它停掉,就需要一个停止函数,操作很简单,改变目标定时器的状态为停止即可:

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_12

读状态

    又如果想知道一个定时器是在跑着呢还是已经停下来?也很简单,返回它的状态:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_13

或许这看起来很怪,为什么要返回,而不是直接读?别忘了在前面3.2节中定义的定时器数组是个静态全局变量,该变量只能被当前源文件访问,当外部文件需要访问它的时候只能通过函数返回,这是一种简单的封装,保持程序的模块化。

测试

    最后,当然是来验证一下我们的软件定时器有没达到预想的功能。

    定义三个定时器:

    定时器TMR_STRING_PRINT只执行一次,1s后在串口1打印一串字符;

    定时器TMR_TWINKLING为周期定时器,周期为0.5s,每次到期都将取反LED0的状态,实现LED0的闪烁;

    定时器TMR_DELAY_ON执行一次,3s后点亮LED1,跟第一个定时器不同的是,此定时器的回调函数是个空函数nop(),点亮LED1的操作通过主循环中判断定时器的状态来实现,这种方式在某些场合可能会用到。

c语言-嵌入式专辑1~_#include_14

 以下是测试结果,这是串口的打印: 

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_15

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_16

四、STM32超时机制

在嵌入式软件程序设计过程中中,经常会遇到超时(或定时)的处理情况,基本处理思想是在时间到的时候进行相关程序处理,下面介绍两种超时(或定时)的程序设计方案。

方案一

基本思想:定时器中断使用一个变量TICK,中断间隔时间t,在准备定时开始时读取此时刻的TICK,在程序运行过程中实时读取当前的TICK信息并计算即可。

因此在时间计算时只需计算开始STARTTICK和结束ENDTICK即可完成时间计算。时间计算T=(ENDTICK-STARTTICK) * t;使用一个定时器中断每t时间处理一次中断,中断里面时间计数值s_u32TCNT++,如下图所示:

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_17

方案二

基本思想:定义回调函数和回调注册函数,将定时/超时服务函数注册回调,每一次定时器中断执行一次回调,回调函数只需对计时时间TCNT做减1操作即可。

当TCNT为0时即定时/超时时间到,并置超时标志,应用程序只需判断标志即可明确定时/超时时间是否到来;回调函数和回调注册函数定义如下图所示,多个超时/定时回调函数可注册在回调函数数组中:

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_18

对比总结

方案一优点在于中断执行单元执行内容少,代码操作容易理解,缺点是应用中实时的进行计算开始和结束TICK差值,代码执行效率不高。

方案二优点在于将超时函数注册在回调中即可,程序扩展性较好,不用做过多的数值计算,代码执行效率相对较高,缺点是定时中断中需要遍历所有已注册的对调,中断执行内容相对较多。

STM32程序超时设计

在程序设计中,出现以下类似语句,是非常不可靠的,很有必要加入超时处理!

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

以下在STM32的system_stm32f10x.c文件中,判断外部晶振起振的程序。可以参考,在以后的程序中借鉴。

#define HSE_STARTUP_TIMEOUT   ((uint16_t)0x0500) /*!< Time out for HSE start up */
/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
do
{
    HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
    StartUpCounter++;  
} while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

 I2C 读写EEPROM添加超时:

uint16_t i = 0x0fff;
while ((!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))&&i){i--;};

五、串口通用收发

串口接收数据

串口接收最后应有一定的协议,如发送一帧数据应该有头标志或尾标志,也可两个标志都有。这样在处理数据时既能保证数据的正确接收,也有利于接收完后我们处理数据。串口的配置在这里就不在赘述,这里我以串口2接收中断服务程序函数且接收的数据包含头尾标识为例。

#define Max_BUFF_Len 18
unsigned char Uart2_Buffer[Max_BUFF_Len];
unsigned int Uart2_Rx=0;
void USART2_IRQHandler() 
{
 if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE) != RESET) //中断产生 
 {
  USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); //清除中断标志
    
  Uart2_Buffer[Uart2_Rx] = USART_ReceiveData(USART2);     //接收串口1数据到buff缓冲区
  Uart2_Rx++; 
        
  if(Uart2_Buffer[Uart2_Rx-1] == 0x0a || Uart2_Rx == Max_BUFF_Len)    //如果接收到尾标识是换行符(或者等于最大接受数就清空重新接收)
  {
   if(Uart2_Buffer[0] == '+')                      //检测到头标识是我们需要的 
   {
    printf("%s\r\n",Uart2_Buffer);        //这里我做打印数据处理
    Uart2_Rx=0;                                   
   } 
   else
   {
    Uart2_Rx=0;                                   //不是我们需要的数据或者达到最大接收数则开始重新接收
   }
  }
 }
}

数据的头标识为“\n”,即换行符,尾标识为“+”。该函数将串口接收的数据存放在USART_Buffer数组中,然后先判断当前字符是不是尾标识,如果是说明接收完毕,然后再来判断头标识是不是“+”号,如果还是那么就是我们想要的数据,接下来就可以进行相应数据的处理了。但如果不是那么就让Usart2_Rx=0重新接收数据。这样做的有以下好处:

  • 可以接受不定长度的数据,最大接收长度可以通过Max_BUFF_Len来更改
  • 可以接受指定的数据
  • 防止接收的数据使数组越界

这里我的把接受正确数据直接打印出来,也可以通过设置标识位,然后在主函数里面轮询再操作。

推荐开关电源模块:AC交流输入,DC12V/0.8A输出,后继电路接LDO后即可给单片机供电:

 

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_19

以上的接收形式,是中断一次就接收一个字符,这在UCOS等实时内核系统中频繁的中断,非常消耗CPU资源,在有些时候我们需要接收大量数据时且波特率很高的情况下,长时间中断会带来一些额外的问题。所以以DMA形式配合串口的IDLE(空闲中断)来接受数据将会大大的提高CPU的利用率,减少系统资源的消耗。首先还是先看代码。

#define DMA_USART1_RECEIVE_LEN 18
void USART1_IRQHandler(void)                                 
{     
    u32 temp = 0;  
    uint16_t i = 0;  
      
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)  
    {  
        USART1->SR;  
        USART1->DR; //这里我们通过先读SR(状态寄存器)和DR(数据寄存器)来清USART_IT_IDLE标志    
        DMA_Cmd(DMA1_Channel5,DISABLE);  
        temp = DMA_USART1_RECEIVE_LEN - DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel5); //接收的字符串长度=设置的接收长度-剩余DMA缓存大小 
        for (i = 0;i < temp;i++)  
        {  
            Uart2_Buffer[i] = USART1_RECEIVE_DMABuffer[i];  
                
        }  
        //设置传输数据长度  
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel5,DMA_USART1_RECEIVE_LEN);  
        //打开DMA  
        DMA_Cmd(DMA1_Channel5,ENABLE);  
    }        
}

之前的串口中断是一个一个字符的接收,现在改为串口空闲中断,就是一帧数据过来才中断进入一次。而且接收的数据时候是DMA来搬运到我们指定的缓冲区(也就是程序中的USART1_RECEIVE_DMABuffer数组),是不占用CPU时间资源的。

最后在讲下DMA的发送:

#define DMA_USART1_SEND_LEN 64
void DMA_SEND_EN(void)
{
 DMA_Cmd(DMA1_Channel4, DISABLE);      
 DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel4,DMA_USART1_SEND_LEN);   
 DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);
}

这里需要注意下DMA_Cmd(DMA1_Channel4,DISABLE)函数需要在设置传输大小之前调用一下,否则不会重新启动DMA发送。

有了以上的接收方式,对一般的串口数据处理是没有问题的了。下面再讲一下,在ucosiii中我使用信号量+消息队列+储存管理的形式来处理我们的串口数据。先来说一下这种方式对比其他方式的一些优缺点。

一般对串口的处理形式是"生产者"和"消费者"的模式,即本次接收的数据要马上处理,否则当数据大量涌进的时候,就来不及"消费"掉生产者(串口接收中断)的数据,那么就会丢失本次的数据处理。所以使用队列就能够很方便的解决这个问题。

在下面的程序中,对数据的处理是先接受,在处理,如果在处理的过程中,有串口中断接受数据,那么就把它依次放在队列中,队列的特征是先进先出,在串口中就是先处理先接受的数据,所以根据生产和消费的速度,定义不同大小的消息队列缓冲区就可以了。缺点就是太占用系统资源,一般51单片机是没可能了。下面是从我做的项目中截取过来的程序:

OS_MSG_SIZE  Usart1_Rx_cnt;          //字节大小计数值
unsigned char Usart1_data;           //每次中断接收的数据
unsigned char* Usart1_Rx_Ptr;        //储存管理分配内存的首地址的指针
unsigned char* Usart1_Rx_Ptr1;       //储存首地址的指针

void USART1_IRQHandler() 
{
 OS_ERR err;
 OSIntEnter();
 
  if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE) != RESET) //中断产生 
  {   
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);     //清除中断标志
  
    Usart1_data = USART_ReceiveData(USART1);     //接收串口1数据到buff缓冲区
  
  if(Usart1_data =='+')                     //接收到数据头标识
  {
//   OSSemPend((OS_SEM*  )&SEM_IAR_UART,  //这里请求信号量是为了保证分配的存储区,但一般来说不允许
//   (OS_TICK  )0,                   //在终端服务函数中调用信号量请求但因为
//   (OS_OPT   )OS_OPT_PEND_NON_BLOCKING,//我OPT参数设置为非阻塞,所以可以这么写
//   (CPU_TS*  )0,
//   (OS_ERR*  )&err); 
//   if(err==OS_ERR_PEND_WOULD_BLOCK)     //检测到当前信号量不可用
//   {
//     printf("error");
//   }    
   Usart1_Rx_Ptr=(unsigned char*) OSMemGet((OS_MEM*)&UART1_MemPool,&err);//分配存储区
   Usart1_Rx_Ptr1=Usart1_Rx_Ptr;          //储存存储区的首地址
  }
  if(Usart1_data == 0x0a )       //接收到尾标志
  {                    
   *Usart1_Rx_Ptr++=Usart1_data;
   Usart1_Rx_cnt++;                         //字节大小增加
   OSTaskQPost((OS_TCB    *  )&Task1_TaskTCB,
                                   (void      *  )Usart1_Rx_Ptr1,    //发送存储区首地址到消息队列
                                   (OS_MSG_SIZE  )Usart1_Rx_cnt,
                                   (OS_OPT       )OS_OPT_POST_FIFO,  //先进先出,也可设置为后进先出,再有地方很有用
                                   (OS_ERR    *  )&err);
         
   Usart1_Rx_Ptr=NULL;          //将指针指向为空,防止修改
   Usart1_Rx_cnt=0;      //字节大小计数清零
  }
  else
  {
   *Usart1_Rx_Ptr=Usart1_data; //储存接收到的数据
   Usart1_Rx_Ptr++;
   Usart1_Rx_cnt++;
  } 
 }    
 OSIntExit();
}

上面被注释掉的代码为我是为了防止当分区中没有空闲的存储块时加入信号量,打印出报警信息。当然我们也可以将存储块直接设置大一点,但是还是无法避免当没有可有存储块时会程序会崩溃现象。希望懂的朋友能告知下~。

下面是串口数据处理任务,这里删去了其他代码,只把他打印出来了而已。

void task1_task(void *p_arg)
{
 OS_ERR err;
 OS_MSG_SIZE Usart1_Data_size;
 u8 *p;
 
 while(1)
 {
  p=(u8*)OSTaskQPend((OS_TICK  )0, //请求消息队列,获得储存区首地址
   (OS_OPT    )OS_OPT_PEND_BLOCKING,
   (OS_MSG_SIZE* )&Usart1_Data_size,
   (CPU_TS*   )0,
   (OS_ERR*   )&err);
 
  printf("%s\r\n",p);        //打印数据
 
  delay_ms(100);
  OSMemPut((OS_MEM* )&UART1_MemPool,    //释放储存区
  (void*   )p,
  (OS_ERR*  )&err);
       
  OSSemPost((OS_SEM* )&SEM_IAR_UART,    //释放信号量
  (OS_OPT  )OS_OPT_POST_NO_SCHED,
  (OS_ERR* )&err);
       
  OSTimeDlyHMSM(0,0,1,500,OS_OPT_TIME_PERIODIC,&err);     
 }
}
串口发送数据
1、串口发送数据最直接的方式就是标准调用库函数 。
void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);

第一个参数是发送的串口号,第二个参数是要发送的数据了。但是用过的朋友应该觉得不好用,一次只能发送单个字符,所以我们有必要根据这个函数加以扩展:

void Send_data(u8 *s)
{
 while(*s!='\0')
 { 
  while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC )==RESET); 
  USART_SendData(USART1,*s);
  s++;
 }
}

以上程序的形参就是我们调用该函数时要发送的字符串,这里通过循环调用USART_SendData来一 一发送我们的字符串。

while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC )==RESET);

这句话有必要加,他是用于检查串口是否发送完成的标志,如果不加这句话会发生数据丢失的情况。这个函数只能用于串口1发送。有些时候根据需要,要用到多个串口发送那么就还需要改进这个程序。如下:

void Send_data(USART_TypeDef * USARTx,u8 *s)
{
 while(*s!='\0')
 { 
  while(USART_GetFlagStatus(USARTx,USART_FLAG_TC )==RESET); 
  USART_SendData(USARTx,*s);
  s++;
 }
}

这样就可实现任意的串口发送。但有一点,我在使用实时操作系统的时候(如UCOS,Freertos等),需考虑函数重入的问题。当然也可以简单的实现把该函数复制一下,然后修改串口号也可以避免该问题。然而这个函数不能像printf那样传递多个参数,所以还可以在改进,最终程序如下:

void USART_printf ( USART_TypeDef * USARTx, char * Data, ... )
{
 const char *s;
 int d;   
 char buf[16];
 
 va_list ap;
 va_start(ap, Data);
 
 while ( * Data != 0 )     // 判断是否到达字符串结束符
 {                              
  if ( * Data == 0x5c )  //'\'
  {           
   switch ( *++Data )
   {
    case 'r':                 //回车符
    USART_SendData(USARTx, 0x0d);
    Data ++;
    break;
 
    case 'n':                 //换行符
    USART_SendData(USARTx, 0x0a); 
    Data ++;
    break;
 
    default:
    Data ++;
    break;
   }    
  }
  
  else if ( * Data == '%')
  {           //
   switch ( *++Data )
   {    
    case 's':            //字符串
    s = va_arg(ap, const char *);
    
    for ( ; *s; s++) 
    {
     USART_SendData(USARTx,*s);
     while( USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
    }
    
    Data++;
    
    break;
 
    case 'd':   
     //十进制
    d = va_arg(ap, int);
    
    itoa(d, buf, 10);
    
    for (s = buf; *s; s++) 
    {
     USART_SendData(USARTx,*s);
     while( USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TXE) == RESET );
    }
    
    Data++;
    
    break;
    
    default:
    Data++;
    
    break;
    
   }   
  }
  
  else USART_SendData(USARTx, *Data++);
  
  while ( USART_GetFlagStatus ( USARTx, USART_FLAG_TXE ) == RESET );
  
 }
}

该函数就可以像printf使用可变参数,方便很多。通过观察函数但这个函数只支持了%d,%s的参数,想要支持更多,可以仿照printf的函数写法加以补充。

2、 直接使用printf函数。

很多朋友都知道想要STM32要直接使用printf不行的。需要加上以下的重映射函数:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_20

如果不想添加以上代码,也可以勾选以下的Use MicroLI选项来支持printf函数使用:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_21

六、嵌入式编程中模块化、驱动分离的重要性

 当项目小组做一个相对较复杂的工程时,意味着你不再独自单干。而是和小组成员分工合作,这就要求小组成员各自负责一部分工程。比如你可能只是负责通讯或者显示这一块。

    这个时候,你就应该将自己的这一块程序写成一个模块,单独调试,留出接口供其它模块调用。

    最后,小组成员都将自己负责的模块写完并调试无误后,由项目组长进行组合调试。

    像这些场合就要求程序必须模块化。模块化的好处是很多的,不仅仅是便于分工,它还有助于程序的调试,有利于程序结构的划分,还能增加程序的可读性和可移植性。

    初学者往往搞不懂如何模块化编程,其实它是简单易学,而且又是组织良好程序结构行之有效的方法之一。

    本文将先大概讲一下模块化的方法和注意事项,最后将以初学者使用最广的keil c编译器为例,给出模块化编程的详细步骤。

模块化程序设计应该理解以下概述:

模块即是一个.c 文件和一个.h 文件的结合,头文件(.h)中是对于该模块接口的声明;

    这一条概括了模块化的实现方法和实质:将一个功能模块的代码单独编写成一个.c文件,然后把该模块的接口函数放在.h文件中.举例:假如你用到液晶显示,那么你可能会写一个液晶驱动模块,以实现字符、汉字和图像的现实,命名为: led_device.c,该模块的.c文件大体可以写成:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_22

 注:此处只写出这两个函数,第一个延时函数的作用范围是模块内,第二个,它是其它模块需要的。为了简化,此处并没有写出函数体.

    .h文件中给出模块的接口.在上面的例子中, 向LCD写入字符函数:wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content)就是一个接口函数,因为其它模块会调用它,那么.h文件中就必须将这个函数声明为外部函数(使用extrun关键字修饰),另一个延时函数:void delay (uint us)只是在本模块中使用(本地函数,用static关键字修饰),因此它是不需要放到.h文件中的。

    .h文件格式如下:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_23

这里注意三点:

  1. 在keil 编译器中,extern这个关键字即使不声明,编译器也不会报错,且程序运行良好,但不保证使用其它编译器也如此。强烈建议加上,养成良好的编程规范。
  2. .c文件中的函数只有其它模块使用时才会出现在.h文件中,像本地延时函数static void delay (uint us)即使出现在.h文件中也是在做无用功,因为其它模块根本不去调用它,实际上也调用不了它(static关键字的限制作用)。
  3. 注意本句最后一定要加分号”;”,相信有不少同学遇到过这个奇怪的编译器报错: error C132: 'xxxx': not in formal parameter list,这个错误其实是.h的函数声明的最后少了分号的缘故。

    模块的应用:假如需要在LCD菜单模块lcd_menu.c中使用液晶驱动模块lcd_device.c中的函数void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content),只需在LCD菜单模块的lcd_menu.c文件中加入液晶驱动模块的头文件lcd_device.h即可。

c语言-嵌入式专辑1~_#include_24

某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h 中文件中冠以extern 关键字声明;

    这句话在上面的例子中已经有体现,即某模块提供给其它模块调用的外部函数和全局变量需在.h 中文件中冠以extern 关键字声明。

    下面重点说一下全局变量的使用。使用模块化编程的一个难点(相对于新手)就是全局变量的设定,初学者往往很难想通模块与模块公用的变量是如何实现的,常规的做法就是本句提到的,在.h文件中外部数据冠以extern关键字声明。

    比如上例的变量value就是一个全局变量,若是某个模块也使用这个变量,则和使用外部函数一样,只需在使用的模块.c文件中包含#include“lcd_device.h”即可。

    另一种处理模块间全局变量的方法来自于嵌入式操作系统uCOS-II,这个操作系统处理全局变量的方法比较特殊,也比较难以理解,但学会之后妙用无穷,这个方法只需用在头文件中定义一次。方法为:

    在定义所有全局变量(uCOS-II将所有全局变量定义在一个.h文件内)的.h头文件中:

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_25

 

  .H 文件中每个全局变量都加上了xxx_EXT的前缀。xxx 代表模块的名字。

    该模块的.C文件中有以下定义:

 

c语言-嵌入式专辑1~_#include_26

当编译器处理.C文件时,它强制xxx_EXT(在相应.H文件中可以找到)为空,(因为xxx_GLOBALS已经定义)。

    所以编译器给每个全局变量分配内存空间,而当编译器处理其他.C 文件时,xxx_GLOBAL没有定义,xxx_EXT 被定义为extern,这样用户就可以调用外部全局变量。为了说明这个概念,可以参见uC/OS_II.H,其中包括以下定义:

c语言-嵌入式专辑1~_#include_27

 同时,uCOS_II.H 中有以下定义: 

c语言-嵌入式专辑1~_c语言_28

当编译器处理uCOS_II.C 时,它使得头文件变成如下所示,因为OS_EXT 被设置为空。 

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_29

    这样编译器就会将这些全局变量分配在内存中。当编译器处理其他.C 文件时,头文件变成了如下的样子,因为OS_GLOBAL没有定义,所以OS_EXT 被定义为extern。

c语言-嵌入式专辑1~_初始化_30

 在这种情况下,不产生内存分配,而任何 .C文件都可以使用这些变量。这样的就只需在 .H文件中定义一次就可以了。

模块内的函数和全局变量需在.c 文件开头冠以static 关键字声明;

    这句话主要讲述了关键字static的作用。Static是一个相当重要的关键字,他能对函数和变量做一些约束,而且可以传递一些信息。

    比如上例在LCD驱动模块.c文件中定义的延时函数static void delay (uint us),这个函数冠以static修饰,一方面是限定了函数的作用范围只是在本模块中起作用,另一方面也给人传达这样的信息:该函数不会被其他模块调用。

    下面详细说一下这个关键字的作用,在C 语言中,关键字static 有三个明显的作用:

  1. 在函数体,一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。
  2. 在模块内(但在函数体外),一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问,但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。
  3. 在模块内,一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是,这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。

    前两个都比较容易理解,最后一个作用就是刚刚举例中提到的延时函数(static void delay (uint us)),本地化函数是有相当好的作用的。

永远不要在.h 文件中定义变量!

    比较一下代码:

    代码一:

c语言-嵌入式专辑1~_#define_31

    以上程序的结果是在模块1、2、3 中都定义了整型变量a,a 在不同的模块中对应不同的地址元,这个世界上从来不需要这样的程序。正确的做法是:

    代码二:

c语言-嵌入式专辑1~_#define_32

    这样如果模块1、2、3 操作a 的话,对应的是同一片内存单元。

    注:一个嵌入式系统通常包括两类(注意是两类,不是两个)模块:

  • 硬件驱动模块,一种特定硬件对应一个模块;
  • 软件功能模块,其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求。