如何設(shè)計(jì)一種基于μC/OS-III的多功能控制器？

電動(dòng)軌道車(chē)控制系統(tǒng)一般分為多個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)受一個(gè)主控器控制。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繁瑣，編程復(fù)雜。采用μC/OS-III操作系統(tǒng)、STM32F103RC微控制器、12864液晶屏、PVC按鍵、無(wú)線串口模塊、鋰電池等實(shí)現(xiàn)具有人機(jī)界面、無(wú)線串口功能的總線主控器。該控制器具有人機(jī)界面、軌道車(chē)主控器、遙控接收器、遙控面板等多種功能，并且能在不同項(xiàng)目中使用。μC/OS-III從官網(wǎng)上下載，文件名為Micrium_uC-Eval-STM32F107_uCOS-III，版本為V1.29.01.00.

1硬件結(jié)構(gòu)

從系統(tǒng)接口看，該控制器具有顯示、按鍵、無(wú)線收發(fā)、串口、485總線等接口，作遙控面板時(shí)用電池供電，內(nèi)部具有電池和充電電路。硬件框圖如圖1所示。

圖1中無(wú)線串口用模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遙控功能，顯示器用并口連接。鍵盤(pán)部分有或門(mén)電路，可實(shí)現(xiàn)按鍵中斷。電源電路中的外部電壓、電池電壓可被控制器測(cè)量，當(dāng)測(cè)量得到無(wú)外部電壓輸入時(shí)，控制器自動(dòng)切換到遙控面板模式。485總線接口用于和其他子系統(tǒng)通信。

圖1多功能控制器硬件框圖

2系統(tǒng)移植

STM32F1XX固件庫(kù)最新版本為V3.5.0.μC/OSIII支持的庫(kù)文件版本為V2.1.0.為了μC/OS-III能夠在最新的固件庫(kù)上運(yùn)行，首先用新固件庫(kù)替換原有固件庫(kù)代碼并改變?nèi)肟陬^文件名，然后有兩處代碼需要作修改。一是芯片時(shí)鐘初始化函數(shù)，函數(shù)名為“BSP_Init”，修改為：

這兩處都是因?yàn)樵泄碳?kù)需要多條語(yǔ)句才能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘初始化，新版本提供專門(mén)的初始化函數(shù)。

3驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)

3.1鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)

μC/OS-III具有任務(wù)信號(hào)量的功能，該信號(hào)量隨著任務(wù)的創(chuàng)建而創(chuàng)建。鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)有鍵盤(pán)掃描任務(wù)實(shí)現(xiàn)，按鍵觸發(fā)外部中斷，外部中斷發(fā)送任務(wù)信號(hào)量到鍵盤(pán)掃描任務(wù)，鍵盤(pán)掃描任務(wù)掃描鍵盤(pán)并把鍵值保持在全局變量中。代碼如下：

3.2液晶顯示器printf函數(shù)

液晶顯示器一般是輸入一個(gè)字符的編碼和位置然后顯示出來(lái)，不能實(shí)現(xiàn)字符串格式化顯示。實(shí)現(xiàn)printf，首先使用格式化函數(shù)“vsnprintf”得到格式化后的字符串，然后該字符串被打印到屏幕上。具體函數(shù)如下：

程序中va_list是在C語(yǔ)言中解決變參問(wèn)題的一組宏，“va_start（v_args，format）；”得到第一個(gè)可變參數(shù)地址，這樣把自定義的變參傳遞到庫(kù)函數(shù)的變參中。

函數(shù)“LCD12864_print_string（buf_str）；”為自定義函數(shù)，因?yàn)镃H12864液晶屏內(nèi)的邏輯行和顯示行不同。邏輯行只有兩行，起始地址分別為0x80和0x90，為顯示行的一三行和二四行。在打印字符串時(shí)，每打印一顯示行就要重新切換位置，保證顯示是連續(xù)的。

該顯示器顯示中文字符的起始位置只能是偶數(shù)地址，奇數(shù)地址顯示中文字符會(huì)顯示亂碼。

3.3串口接收驅(qū)動(dòng)

在μC/OS-III代碼中有串口接收部分的驅(qū)動(dòng)，但經(jīng)過(guò)測(cè)試，當(dāng)無(wú)操作系統(tǒng)的模塊連續(xù)發(fā)送時(shí)，該驅(qū)動(dòng)接收出現(xiàn)漏接或亂碼的現(xiàn)象。其原因?yàn)樵擈?qū)動(dòng)每接收一個(gè)字符都要進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用，在這個(gè)調(diào)用過(guò)程中發(fā)送的字符無(wú)法接收。改變?cè)?qū)動(dòng)用信號(hào)量同步的辦法，使用消息通信和結(jié)束字符判定的方法即可完整接收到無(wú)操作系統(tǒng)模塊連續(xù)發(fā)送來(lái)的字符串。

需要修改兩個(gè)函數(shù)，一是中斷接收函數(shù)：

該中斷函數(shù)把每個(gè)字符先保存在數(shù)組中，當(dāng)出現(xiàn)結(jié)束字符時(shí)發(fā)送消息到接收函數(shù)。

二是串口接收函數(shù)：

該函數(shù)每次接收完成后關(guān)中斷，未完成可以掛起并由中斷函數(shù)進(jìn)行連續(xù)接收，保證了接收速度。

4軟件結(jié)構(gòu)

多功能控制器可能作為手控器、遙控接收器、遙控器使用。根據(jù)外部電源狀態(tài)和按鍵信號(hào)改變程序執(zhí)行的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

作為手控器時(shí)，每個(gè)用戶界面作為一個(gè)任務(wù)。每個(gè)界面任務(wù)需要建立一些子任務(wù)協(xié)助處理，這些子任務(wù)受任務(wù)信號(hào)量和任務(wù)消息控制，當(dāng)獲得信號(hào)量或者消息時(shí)任務(wù)執(zhí)行，執(zhí)行完成后掛起。子任務(wù)根據(jù)用戶操作把相關(guān)指令發(fā)往系統(tǒng)其他單元，各個(gè)單元執(zhí)行多功能控制器的命令并返回用戶需要查看的參數(shù)。系統(tǒng)單元一般工作在狀態(tài)機(jī)的模式，根據(jù)多功能控制器的命令進(jìn)入不同的運(yùn)行狀態(tài)。軌道運(yùn)輸車(chē)的電機(jī)控制單元就可工作在前進(jìn)、倒車(chē)、停車(chē)三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)可加上速度參數(shù)。電機(jī)控制器收到狀態(tài)和參數(shù)后自動(dòng)執(zhí)行并返回電量功率等參數(shù)給用戶界面。

作為遙控接收器時(shí)，多功能控制器作為一個(gè)數(shù)據(jù)中繼器使用，主要任務(wù)是首先從無(wú)線串口接收數(shù)據(jù)，然后核對(duì)該數(shù)據(jù)的確認(rèn)碼。核對(duì)通過(guò)則通過(guò)485總線發(fā)給系統(tǒng)其他單元，否則丟棄該數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)單元返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，多功能控制器在數(shù)據(jù)上添加確認(rèn)碼，然后從無(wú)線串口對(duì)外發(fā)送。

作為遙控器時(shí)，該模式和手控器工作過(guò)程大致一樣。不同的是通過(guò)無(wú)線串口通信，發(fā)射時(shí)添加確認(rèn)碼，接收時(shí)核對(duì)確認(rèn)碼。

結(jié)語(yǔ)

多功能控制器通信接口多樣，具有人機(jī)界面，配有μC/OS-III操作系統(tǒng)，有完善的硬件驅(qū)動(dòng)，可在分布式控制系統(tǒng)中完成多種任務(wù)。