嵌入式系统开发平台课件

嵌入式技术与应用

智能电器与智能系统省重点实验室

嵌入式系统开发平台7CHAPTER第7章目录1.如何建立嵌入式系统开发平台2.数据队列3.串口驱动4.MODEM接口模块5.I2C总线模块6.SPI总线模块7.其它软件模块7.1如何建立嵌入式系统开发平台平台的概念平台是一个意义很广泛的词，要准确的定义平台不是件容易的事。在嵌入式系统中的开发平台具有如下特点：层次性服务性规范性通用性技术密度平台的概念平台是一个意义很广泛的词，要准确的定义平台不是件容易的事。在嵌入式系统中的开发平台具有如下特点：层次性服务性规范性通用性技术密度平台是一个意义很广泛的词，要准确的定义平台不是件容易的事。在嵌入式系统中的开发平台具有如下特点：层次性层次性首先表现在平台本身具有层次，高层的平台是以低层平台为基础搭建起来的。还表现在每个层次的平台的内部还有层次性。越高层次的平台越容易使用，对使用者的要求也就越低。服务性平台是为应用服务的，没有应用的平台是无意义的，没有存在的必要。对于元器件来说，线路板就是它的应用。而API是硬件平台的应用，应用程序又是API的应用。规范性通用性技术密度平台的概念平台是一个意义很广泛的词，要准确的定义平台不是件容易的事。在嵌入式系统中的开发平台具有如下特点：层次性服务性规范性当一个平台建立起来后，其对应用的接口就具有一定的规范。一个软件模块一旦开发完毕，其接口函数及使用方法就确定了，应用程序就需要按照规范使用。通用性平台从来不是给一个应用使用的。如果一个平台只能给一个应用使用，作为平台来说，其设计是失败的（尽管其作为最终应用可能是成功的）。这是平台的服务性决定的。技术密度应用程序应用程序接口电路板元器件平台的例子层次性服务性规范性通用性技术密度本章重点介绍该层7.1如何建立嵌入式系统开发平台使用平台开发的优势应用程序接口这个嵌入式软件开发平台的提出和应用是因为其能够解决当前及今后的嵌入式开发过程中出现的一些矛盾。以下是使用嵌入式软件开发平台（API）开发的优点：缩短开发时间降低对开发人员的要求降低开发成本增加稳定性和可靠性降低软件对硬件变化的敏感性不适合使用平台开发的场合虽然使用平台开发有很多优点，但其也不是万能的。有一些场合并不适合使用平台开发，这些场合主要有以下几种：极大批量的产品这种产品往往要求硬件成本和生产成本最低化。而使用平台开发不可避免带来资源占用的增加，反映到硬件上就是成本的增加。有时这种增加是不可接受的。这种情况不适合用平台开发。没有合适的平台但产品需要尽快上市时开发平台是需要时间的，甚至比当前的项目的时间更长。但如果后续有类似的产品，则还是建议开发者逐步建立起自己的开发平台，这会对以后所有的项目带来好处。需要极度榨取硬件性能的场合除了极大批量的产品需要极度榨取硬件性能外，估计只有科学研究和一些一件一件制造的高价值产品（如巨型机）需要这样做了，在普通的企业中应该不容易见到。编写自己的软件模块因为开发平台基于操作系统，所以很可能多个任务和/或同时访问同一个API函数。这就需要API函数必须是可重入的。这里主要介绍如何使这些函数可重入，和其它一些内容。1.使用任务2.禁止然后允许中断3.使用信号量4.使用数据队列5.禁止然后允许任务调度6.使用一个任务作为模块服务器7.复合方法编写自己的软件模块因为开发平台基于操作系统，所以很可能多个任务和/或同时访问同一个API函数。这就需要API函数必须是可重入的。这里主要介绍如何使这些函数可重入，和其它一些内容。1.使用任务

有一些设备需要CPU周期为其服务，典型的是扫描显示和扫描键盘。可以给它们分配相应的任务，与用户任务一起调度。这样，就可以使用任何任务间通信的方法实现。键盘扫描任务显示任务用户任务操作系统内核通信通信编写自己的软件模块2.禁止然后允许中断

有一些设备需要的访问时间很短，如全局变量。它们可以通过禁止中断——访问设备——允许中断的方式编写软件模块。任务A允许中断禁止中断中断服务函数全局变量编写自己的软件模块4.使用数据队列

有一些设备具有自己的中断，典型的是串口输出。可以利用消息队列将用户任务需要的服务通过消息队列排队、缓冲起来，利用中断功能依次服务。任务A任务B任务C中断服务函数

数据队列编写自己的软件模块5.禁止然后允许任务调度

当中断服务程序不可能访问这个资源时，可以使用本方法避免实现函数重入。但是不推荐用户使用此方法。任务A允许任务切换禁止任务切换中断服务函数独享资源编写自己的软件模块6.使用一个任务作为模块服务器

当一个软件模块十分复杂，使用上述方法难以保证API函数可重入性时，或软件模块需要在单任务环境和多任务环境都能够使用时，可以依照单任务的方式编写，然后编写一个任务作为服务器，由这个服务器直接操作这个软件模块，而其它的任务通过消息队列等方式与之通讯，把需要的操作提交给服务器，而服务器通过消息邮箱等方式返回操作结果。服务器任务任务A任务B...任务N软件包

数据队列编写自己的软件模块编写软件模块由一个要注意的地方是：必须把与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开。这可以通过把与硬件相关的部分放在驱动程序中实现。这样，硬件变化时只需要重新编写驱动程序即可。驱动程序也可以分层实现。也可以通过配置实现，不过这有时不太容易实现。当然可以合并使用。硬件平台A硬件平台B硬件平台C硬件驱动A硬件驱动B硬件驱动C软件模块软件模块软件模块软件模块应用于不同的硬件平台时，只需要修改相应的硬件驱动第7章目录1.如何建立嵌入式系统开发平台2.数据队列3.串口驱动4.MODEM接口模块5.I2C总线模块6.SPI总线模块7.其它软件模块7.2数据队列简介数据队列一般用于数据缓存，可以用来平衡速率不同的两个部件，使快速部件无需等待慢速部件。任务A任务B数据队列任务A产生信息快而短促任务B处理信息相对较慢7.2数据队列API函数数据队列软件模块包括的API函数如下所示：API函数名功能简介QueueCreate建立数据队列QueueRead获取队列中的数据QueueWriteFIFO（先进先出）方式发送数据QueueWriteFrontLIFO（后进先出）方式发送数据QueueFlush清空队列QueueNData取得队列中已存储数据的数目QueueSize取得队列中总共可以存储的数据数目API函数45673012数据队列有效数据空间空闲数据空间QueueRead读队列中数据QueueWriteFIFO方式写数据QueueWriteFrontLIFO方式写数据注：API函数的具体使用方法，请参看相关手册。QueueCreateQueueFlushQueueNDataQueueSize7.3串口驱动API函数串口驱动软件模块包括的API函数如下所示：API函数名功能简介UART0Init初始化UART0UART0Putch发送一个字节数据UART0Write发送多个字节数据UART0Getch接收一个字节数据UART0InitUART0Init7.3串口驱动API函数串口驱动软件模块包括的API函数如下所示：主机A主机BUART0GetchUART0PutchUART0WriteTXDRXDUART0PutchUART0WriteUART0GetchTXDRXD第7章目录1.如何建立嵌入式系统开发平台2.数据队列3.串口驱动4.MODEM接口模块5.I2C总线模块6.SPI总线模块7.其它软件模块7.4MODEM接口简介在实际应用中，嵌入式系统和其它控制单元的通信可能不局限于一个小的地理范围，如跨城市通讯甚至跨洲通讯。此时，如果需要布置专门的通讯线路则成本太高，利用现成的通讯网络成为唯一的选择。而电话网络是目前分布最广的廉价通讯网络。不过，要利用电话网络需要一种接口设备，这就是MODEM（调制解调器）。7.4MODEM接口模块API函数MODEM接口软件模块包括的API函数如下所示：API函数名功能简介ModemInit初始化MODEMGetModemState获取MODEM状态ModemWrite通过MODEM发送多个字节数据ModemGetch从MODEM获取一个字节数据ModemDiaUP通过MDOEM拨号ModemDiaDown挂断MODEM7.4MODEM接口模块API函数所有API函数的返回值为当前MODEM的状态，如下所示：MODEM状态状态说明NOT_INIT_MODEM不能初始化MODEMNOT_FIND_MODEM没有找到MODEMMODEM_CLOSE连接关闭MODEM_RING发现振铃信号MODEM_CONNECT已经与对方连接上ModemInitGetModemStateModemDiaUPModemDiaDownModemInitGetModemStateModemDiaUPModemDiaDownAPI函数ModemGetch获取一字节数据ModemWrite发送多字节数据ModemWrite发送多字节数据ModemGetch获取一字节数据第7章目录1.如何建立嵌入式系统开发平台2.数据队列3.串口驱动4.MODEM接口模块5.I2C总线模块6.SPI总线模块7.其它软件模块7.5I2C总线模块简介I2C总线由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少、控制方式简化、器件封装形式小、通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。7.5I2C总线模块简介I2C总线通过2根线——串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)连接到总线上的任何一个器件，每个器件都应有一个唯一的地址，而且都可以作为一个发送器或接收器。此外，器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机。RpRpVDDSCLSDASDA出SDA入SCL入SCL出SCLSDA器件1器件2I2CBUS7.5I2C总线模块API函数I2C接口软件模块包括的API函数如下所示：API函数名功能简介I2cInit初始化I2C总线I2cWrite向I2C从器件写数据I2cRead从I2C从器件读数据7.5I2C总线模块API函数RpRpVDDSCLSDASDA出SDA入SCL入SCL出SCLSDA器件1器件2I2CBUSI2cWrite向从器件写数据I2cRead读取从器件数据I2cInit初始化I2C总线第7章目录1.如何建立嵌入式系统开发平台2.数据队列3.串口驱动4.MODEM接口模块5.I2C总线模块6.SPI总线模块7.其它软件模块7.6SPI总线模块简介串行外围设备接口SPI总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。SPI是一个全双工的串行接口。它设计成可以处理在一个给定总线上多个互连的主机和从机。在一定数据传输过程中，接口上只能有一个主机和一个从机能够通信。在一次数据传输中，主机总是向从机