单片机与嵌入式系统第8章：嵌入式系统开发平台

第8章嵌入式系统开发平台《单片机与嵌入式系统》2023/12/272第8章嵌入式系统开发平台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2023/12/2738.1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：1、层次性2、服务性3、规范性4、通用性5、技术密度2023/12/2748.1如何建立嵌入式系统开发平台嵌入式系统中的开发平台特点：1、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。越高层次平台越容易使用，对使用者的要求也就越低。2、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。2023/12/2758.1如何建立嵌入式系统开发平台嵌入式系统中的开发平台特点：3、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。4、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。5、技术密度平台特别是商业平台通常由相关领域的专家建立。这是因为需要适应不同的应用的要求，所以其需要的技术含量是很高的。2023/12/276应用程序应用程序接口电路板元器件层次性服务性规范性通用性技术密度本章重点介绍该层平台的例子2023/12/2778.1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。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2023/12/2788.1如何建立嵌入式系统开发平台不适合使用平台开发的场合极大批量的产品：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。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。需要极度榨取硬件性能的场合：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。2023/12/2798.1如何建立嵌入式系统开发平台建立开发平台的方法选择操作系统（OS）：基础软件平台。建立软件开发平台（自己的API）首先需要选择一个合适的操作系统——嵌入式操作系统。制定API规范及应用程序：有了操作系统，就可以制订API规范和程序编写规范了。这些规范一部分已经被操作系统规定好了，另一部分需要自己制订。获取成熟的软件模块并修改适合制定的规范：开发人员可以通过各种途径获取成熟的软件模块，并修改为符合自己规范需要的模块编写自己的软件模块：通过外部途径不一定能够获取所有必须的软件模块，此时就需要自己编写软件模块了。2023/12/27108.1如何建立嵌入式系统开发平台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。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2023/12/2711键盘扫描任务显示任务用户任务操作系统内核通信通信8.1如何建立嵌入式系统开发平台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。2023/12/2712任务A允许中断禁止中断中断服务函数全局变量8.1如何建立嵌入式系统开发平台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。2023/12/2713信号量访问独享资源之前申请信号量其它任务申请信号量受阻，不能访问独享资源独享资源任务A任务B任务C信号量信号量申请成功后，可以访问独享资源8.1如何建立嵌入式系统开发平台3、使用信号量一些设备需要的访问时间比较长，使用方法2可能造成关中断时间过长。此时可以使用信号量来编写软件模块。具体过程为申请信号量——访问设备——发送信号量。2023/12/2714任务A任务B任务C中断服务函数

数据队列8.1如何建立嵌入式系统开发平台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。2023/12/2715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8.1如何建立嵌入式系统开发平台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。2023/12/27168.1如何建立嵌入式系统开发平台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2023/12/27178.1如何建立嵌入式系统开发平台7、复合方法有一些驱动程序比较复杂（例如通讯协议），可以结合两种或两种以上的方法实现。2023/12/2718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8.1如何建立嵌入式系统开发平台编写自己的软件模块编写软件模块有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。2023/12/2719第8章嵌入式系统开发平台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2023/12/27208.2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2023/12/27218.2数据队列简介数据队列一般是先入先出（FIFO）的，但本数据队列可以配置为后入先出。本数据队列是可配置可裁减的模块，并且不依赖于操作系统，可以在前后台系统中使用。数据队列使用的空间由用户分配且由这个空间的地址唯一识别一个数据队列。2023/12/27228.2数据队列API函数

数据队列软件模块包括的API函数API函数名功能简介QueueCreate

建立数据队列QueueRead

获取队列中的数据QueueWrite

FIFO（先进先出）方式发送数据QueueWriteFront

LIFO（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2023/12/27238.2数据队列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QueueCreateQueueFlushQueueNDataQueueSize2023/12/2724第8章嵌入式系统开发平台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2023/12/27258.3串口驱动简介在实际应用中，嵌入式系统往往不是作为一个独立的控制单元而存在，它还要和其它控制单元进行通信。这些控制单元可以是另一个嵌入式系统，也可以是PC机。如果双方均遵循同样的通讯协议，就可以互相通讯了。2023/12/27268.3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2023/12/2727UART0InitUART0Init8.3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BUART0GetchUART0PutchUART0WriteTXDRXDUART0PutchUART0WriteUART0GetchTXDRXD2023/12/2728第8章嵌入式系统开发平台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2023/12/27298.4MODEM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省通讯。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。2023/12/27308.4MODEM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MODEM2023/12/27318.4MODEM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2023/12/2732ModemInitGetModemStateModemDiaUPModemDiaDownModemInitGetModemStateModemDiaUPModemDiaDown8.4MODEM接口模块API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2023/12/2733第8章嵌入式系统开发平台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2023/12/27348.5I2C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。2023/12/27358.5I2C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2I2CBUS2023/12/27368.5I2C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2023/12/27378.5I2C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2023/12