1、嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),1,嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)實(shí)例,本章旨在使用英倍特Embest Edukit-型教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺和嵌入式Linux操作系統(tǒng)完成自動電梯模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),2,嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)實(shí)例,背景介紹 系統(tǒng)架構(gòu) 詳細(xì)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)函數(shù)說明 系統(tǒng)演示,3,一、背景介紹,系統(tǒng)目標(biāo)機(jī)硬件采用Embest EduKit-III型開發(fā)板，S3C2410X處理器，目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)軟件采用mizi Linux操作系統(tǒng)。方便起見，宿主機(jī)軟件使用Cygwin模擬Linux系統(tǒng)，交叉編譯工具鏈采用arm-linux-gcc，版本號為2.95.3。Embest EduKit-III型開發(fā)板有分辨率為320240的LC

2、D顯示器，以及4行5列小鍵盤，鍵盤布局如下圖所示：,4,背景介紹（續(xù)）,5,背景介紹（續(xù)）,本程序模擬8層樓間（地下1層，地上7層）單部電梯運(yùn)送乘客的整個工作過程。 利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的鍵盤模擬電梯內(nèi)部和外部的按鍵，利用LCD顯示器繪制電梯運(yùn)行過程以及狀態(tài)和提示信息,6,背景介紹（續(xù)）,系統(tǒng)功能： 每層電梯入口處設(shè)有上行、下行請求按鈕，電梯內(nèi)設(shè)有乘客請求停戰(zhàn)的樓層呼叫按鈕 有電梯所處位置指示設(shè)置，電梯上行、下行狀態(tài)指示裝置，所有系統(tǒng)請求信息指示裝置 每隔一段時間，電梯上升或是下降一層樓，同時顯示電梯上升和下降的信息 電梯到達(dá)有停站的樓層后，該樓層有指示裝置表明到達(dá)了停站請求樓層，電梯切換為開門狀態(tài)

3、系統(tǒng)能夠記憶電梯內(nèi)、外部的所有請求信號，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則依次相應(yīng)這些請求，每個請求信號保留至執(zhí)行后撤除,7,背景介紹（續(xù)）,為了實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行的正確邏輯，制定以下規(guī)則： 電梯接通電源時，電梯必須停留在最底層 電梯可以到達(dá)所在樓宇的每一層，但是電梯只能在該樓宇的最低層至最高層之間運(yùn)行 嚴(yán)格規(guī)定電梯內(nèi)部的信號優(yōu)先級高于電梯外部的請求信號 電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的樓層的上樓請求信號，而保留下樓信號，由下而上逐個執(zhí)行；直到最后一個執(zhí)行完畢，再執(zhí)行下樓請求信號 電梯處于下降模式時與上升模式相反 電梯執(zhí)行完所有請求后，應(yīng)保留在所在的樓層保持不動，等待新的請求,8,二、系統(tǒng)架構(gòu),系統(tǒng)總體

4、結(jié)構(gòu) 初始化模塊 電梯控制模塊 按鍵輸入模塊 LCD顯示模塊,9,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖,10,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,初始化模塊 基礎(chǔ)模塊，負(fù)責(zé)初始化電梯算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時初始化顯示界面，給用戶提示信息和操作說明：,11,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,電梯控制模塊 關(guān)鍵模塊，負(fù)責(zé)電梯當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)電梯狀態(tài)派遣電梯執(zhí)行停止、運(yùn)行、開門、關(guān)門等任務(wù)； 流程圖,12,13,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,按鍵輸入模塊 4X5小鍵盤作為輸入端，乘客通過按鍵模擬的電梯按鈕向系統(tǒng)輸入請求信息。系統(tǒng)使用07這8個按鍵模擬八個樓層按鈕，和這2個按鍵模擬電梯外部的上、下行請求按鈕，A和B按鍵用于指示發(fā)出的請求來自于電梯內(nèi)部還是外部，E代

5、表輸入確認(rèn)鍵，*鍵代表程序結(jié)束。按鍵定義如下表所示：,14,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,15,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,電梯內(nèi)部 0-7八個按鍵，模擬8個樓層，不設(shè)置開門和關(guān)門按鈕； 電梯外部 除地下一層和頂層之外，每層都有一個上行按鈕和一個下行按鈕； 特殊使用規(guī)則 系統(tǒng)用按鍵A和B判斷乘客發(fā)出的請求是來自電梯內(nèi)部還是電梯外部。,16,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,使用步驟： 輸入A或是B； 輸入0-7：如果輸入A，0-7表示內(nèi)部乘客請求到達(dá)的樓層；如果輸入B，表示外部乘客發(fā)出請求時位于的樓層； 第2步中如輸入B，需要接著輸入+或，表示外部乘客的上下行方向情況，第2步輸入0時不能輸入，輸入7時不能輸入+； 輸入E確認(rèn)。,17,系

6、統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,LCD顯示模塊 本模塊通過LCD顯示電梯目前的運(yùn)行信息 電梯狀態(tài) 當(dāng)前位置 電梯內(nèi)部和外部請求信息 電梯運(yùn)行的動態(tài)效果 乘客請求的英文縮寫解釋,18,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,系統(tǒng)運(yùn)行界面,19,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,程序主界面按照顯示功能被劃分為四大區(qū)域，從左到右依次為： 電梯信息顯示區(qū)域，這個區(qū)域位于顯示屏最左側(cè)，顯示電梯狀態(tài)、電梯方向、電梯位置等信息； 乘客請求信息顯示區(qū)域，這個區(qū)域位于屏幕中部，該欄的字母和數(shù)字具體代表意義參照下表；,20,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,21,系統(tǒng)架構(gòu)（續(xù)）,電梯動態(tài)效果圖，本圖緊鄰請求信息顯示區(qū)域，圖中方塊代表一個樓層，當(dāng)電梯運(yùn)行時，方塊位置會發(fā)生相應(yīng)的動態(tài)變化。 主

7、界面信息說明區(qū)域，這個區(qū)域位于屏幕最右側(cè)，列出了乘客請求信息顯示區(qū)中字母簡寫對應(yīng)的英文單詞。,22,三、詳細(xì)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述 電梯運(yùn)行算法設(shè)計(jì) 輸入輸出部分設(shè)計(jì),23,1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述,自動電梯控制系統(tǒng)的4個模塊中，因?yàn)槌跏蓟糠止ぷ鬏^少，可以把它和算法模塊合并在一起，即包含主函數(shù)的模塊（Elevator.c、Elevator.h）；系統(tǒng)還包括按鍵輸入模塊（Key.c、Key.h）、LCD顯示模塊（Lcd.c、Lcd.h），以及幾個資源文件，分別為：2424點(diǎn)陣字模文件（Hzk24.c）、ASC碼88點(diǎn)陣字模文件（Font.c）、開機(jī)初始圖片資源文件（Frame.c）、啟動界面背景圖片資源

8、文件（Title.c）。,24,A. 電梯狀態(tài)算法模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),/*Elevator.h*/ /*電梯狀態(tài)：開、關(guān)、運(yùn)行、停止*/ typedef enum Status open, close, run, stop STATUS;,25,/*電梯外部請求：向上、向下、向上并且向下、無請求*/ typedef enum OUTReqType up_request, down_request, both_request, no_request, OUTREQTYPE; /*電梯運(yùn)行方向：向上、向下、無*/ typedef enum dir upward, downward, still, DIR

9、ECTION;,26,/*當(dāng)前電梯請求結(jié)構(gòu)類型：內(nèi)部請求、外部請求*/ typedef struct Request int inReq; OUTREQTYPE outReq; REQUEST; /*電梯信息結(jié)構(gòu)類型：運(yùn)行方向、當(dāng)前層數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、長度為樓層數(shù)的請求數(shù)組*/ typedef struct ElevatorInfo DIRECTIONDirection;/電梯方向 int Floor;/電梯樓層 STATUS Status;/電梯狀態(tài) REQUEST RequestMAX_FLOOR;/樓層請求數(shù)組 ELEVATORINFO;,27,B. 按鍵輸入模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),/*當(dāng)前乘客按鍵請

10、求結(jié)構(gòu)類型*/ typedef struct key int judge; /按鍵類型：取值可為內(nèi)部按鍵（A）、外部按鍵（B） /確認(rèn)按鍵（E）、退出按鍵（*） int floor; /內(nèi)部按鍵請求到達(dá)的樓層：（07） chardirection;/外部按鍵確定的電梯運(yùn)行方向：上行/（）、下行（） int location; /外部按鍵所處在的樓層：（07） KEY;,28,C. LCD顯示模塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),typedef struct fbdev int fb; unsigned long fb_mem_offset; unsigned long fb_mem; struct fb_fix_sc

11、reeninfo fb_fix;/設(shè)備無關(guān)的常值信息 struct fb_var_screeninfo fb_var;/設(shè)備無關(guān)的數(shù)據(jù)信息 char dev20; FBDEV, *PFBDEV;,29,C. 其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),const uint8_t title; /存放系統(tǒng)提示界面背景圖片的數(shù)組 extern const uint8_t frame;/存放系統(tǒng)歡迎界面和退出界面/圖片的數(shù)組 const uint8_t g_auc_hzk24;/存放一個漢字2424點(diǎn)陣字/模的數(shù)組 const uint8_t fontdata_8x8;/存放一個ASC碼88點(diǎn)陣字/模的數(shù)組,30,2. 電梯運(yùn)行

12、算法設(shè)計(jì),根據(jù)電梯運(yùn)行流程，把電梯分為停止、運(yùn)行、開門、關(guān)門四種控制狀態(tài)，如下圖所示。停止?fàn)顟B(tài)是指電梯在沒有任何請求的情況下的靜止?fàn)顟B(tài)，而不是指電梯在運(yùn)行過程中開門前的停頓狀況。我們忽略停頓狀況，把電梯從運(yùn)行狀態(tài)直接遷移為開門狀態(tài)。,31,電梯控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,32,電梯控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（續(xù)）,系統(tǒng)初始時，電梯處于停止?fàn)顟B(tài)。 電梯處于停止?fàn)顟B(tài)時，根據(jù)發(fā)出請求的樓層不同可以分別遷移到運(yùn)行或者開門兩個不同狀態(tài)。 電梯處于運(yùn)行狀態(tài)時，如果沒有到達(dá)請求樓層發(fā)生自遷移，即保持運(yùn)行狀態(tài)不變；當(dāng)?shù)竭_(dá)請求樓層時，遷移到開門狀態(tài)。,33,電梯控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（續(xù)）,電梯處于開門狀態(tài)一段時間后必然遷移到關(guān)門狀態(tài)。 電梯

13、處于關(guān)門狀態(tài)時可以根據(jù)是否有請求遷移到運(yùn)行狀態(tài)或者遷移到停止?fàn)顟B(tài)。,34,電梯狀態(tài)處理偽代碼,電梯各個狀態(tài)的處理過程，可以依靠電梯派遣函數(shù)，根據(jù)通過判定電梯信息結(jié)構(gòu)體中的電梯狀態(tài)，調(diào)用相應(yīng)控制狀態(tài)的函數(shù)來控制電梯的運(yùn)行，偽代碼如下：,派遣函數(shù)(void) switch(電梯運(yùn)行狀態(tài)) ,35,case 停止?fàn)顟B(tài): 停止處理函數(shù); break; case 運(yùn)行狀態(tài): 運(yùn)行處理函數(shù); break; case 開門狀態(tài): 開門處理函數(shù); break; case 關(guān)門狀態(tài): 關(guān)門處理函數(shù); break; default:break; ,36,電梯停止?fàn)顟B(tài)流程圖,37,電梯運(yùn)行狀態(tài)流程圖,38,電梯開門

14、狀態(tài)流程圖,39,電梯關(guān)門狀態(tài)流程圖,40,3. 輸入輸出部分設(shè)計(jì),LCD輸出模塊負(fù)責(zé)顯示系統(tǒng)的4個圖形界面：系統(tǒng)歡迎界面、系統(tǒng)提示界面、系統(tǒng)運(yùn)行界面和系統(tǒng)退出界面。 系統(tǒng)歡迎界面和系統(tǒng)退出界面分別顯示一幅圖片及相關(guān)文字； 系統(tǒng)主要工作在系統(tǒng)運(yùn)行界面下。,41,輸入輸出部分設(shè)計(jì)（續(xù)）,按鍵輸入模塊的主要功能有三個：設(shè)置鍵盤鍵值；掃描鍵盤，采集按鍵信息；獲取乘客請求結(jié)構(gòu)體信息，并對這些信息進(jìn)行封裝、判斷、轉(zhuǎn)換等一系列的處理。,42,輸入輸出部分設(shè)計(jì)（續(xù)）,在設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了使鍵盤部分能夠及時有效的響應(yīng)，目標(biāo)機(jī)上接有鍵盤專用芯片ZLG7290。鍵盤的動作由芯片ZLG7290檢測，當(dāng)鍵盤按下時，芯片檢

15、測到后在INT引腳產(chǎn)生中斷觸發(fā)電平通知處理器，處理器通過I2C總線讀取芯片ZLG7290鍵值寄存器中保留的鍵值。,43,輸入輸出部分設(shè)計(jì)（續(xù)）,在設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了使鍵盤部分能夠及時有效的響應(yīng)，目標(biāo)機(jī)上接有鍵盤專用芯片ZLG7290。鍵盤的動作由芯片ZLG7290檢測，當(dāng)鍵盤按下時，芯片檢測到后在INT引腳產(chǎn)生中斷觸發(fā)電平通知處理器，處理器通過I2C總線讀取芯片ZLG7290鍵值寄存器中保留的鍵值。,44,輸入輸出部分設(shè)計(jì)（續(xù)）,鍵盤獲得的輸入信息繁多而復(fù)雜，需要對這些信息進(jìn)行處理，該過程分為兩個步驟： 首先，對信息進(jìn)行篩選和封裝。由于鍵盤信息掃描檢測函數(shù)不斷地等待按鍵被按下，而用戶使用鍵盤輸入信

16、息是隨機(jī)的，所以需要對按鍵信息進(jìn)行篩選，保留用戶有效按鍵值。 由于系統(tǒng)使用規(guī)則的限制，每次用戶發(fā)出的請求，并不能由單個按鍵完成，需要組合使用按鍵，所以需要把篩選出的多個有效鍵值一一封裝在乘客請求信息結(jié)構(gòu)體中存儲。,45,四、系統(tǒng)函數(shù)說明,電梯控制算法模塊 按鍵輸入模塊 LCD輸出模塊 其他函數(shù),46,1. 電梯控制算法模塊,main():主函數(shù)。首先完成設(shè)備初始化，包括打開Framebuffer和i2c設(shè)備，調(diào)用InitSystem()函數(shù)初始化系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和LCD，然后在循環(huán)中不斷檢測按鍵組合，如有乘客請求則通過派遣函數(shù)處理請求，然后完成顯示，當(dāng)用戶輸入*時循環(huán)結(jié)束，顯示系統(tǒng)退出界面，完成系

17、統(tǒng)清理工作退出程序。 InitSystem():系統(tǒng)初始化函數(shù)。調(diào)用InitElevator()函數(shù)初始化電梯信息結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，調(diào)用InitLcd()函數(shù)初始化LCD。,47,電梯控制算法模塊（續(xù)）,InitElevator():電梯信息結(jié)構(gòu)初始化函數(shù)。初始化電梯信息結(jié)構(gòu)類型變量ElevatorInfo。 InitLcd():LCD初始化函數(shù)。通過寫Framebuffer在LCD繪制系統(tǒng)提示界面。 Dispatch():狀態(tài)派遣函數(shù)。根據(jù)電梯當(dāng)前狀態(tài)，調(diào)用不同狀態(tài)處理函數(shù)。,48,電梯控制算法模塊（續(xù)）,ElevatorStop():電梯停止?fàn)顟B(tài)處理函數(shù)。 ElevatorRun():電梯

18、運(yùn)行狀態(tài)處理函數(shù)。 ElevatorOpen():電梯開門狀態(tài)處理函數(shù)。 ElevatorClose():電梯關(guān)門狀態(tài)處理函數(shù)。,49,電梯控制算法模塊（續(xù)）,KeyCheck():用戶信息轉(zhuǎn)換函數(shù)。把乘客按鍵請求信息結(jié)構(gòu)體key中的信息映射至電梯信息結(jié)構(gòu)體ElevatorInfo，設(shè)置電梯運(yùn)行狀態(tài)。 Display():運(yùn)行界面顯示函數(shù)。顯示系統(tǒng)運(yùn)行界面。 ExitShow():退出界面顯示函數(shù)。顯示系統(tǒng)退出界面。,50,2. 按鍵輸入模塊,key_set(char ucChar):鍵值轉(zhuǎn)換函數(shù)。把掃描碼轉(zhuǎn)換為鍵碼。 key():按鍵獲取函數(shù)。讀取i2c總線，獲得用戶按鍵。 GetKey():鍵值封裝函數(shù)。把用戶的有效按鍵組合為KEY類型結(jié)構(gòu)體變量keyboard并返回。,51,3. LCD輸出模塊,fb_open():Framebuffer設(shè)備初始化函數(shù)。打開Framebuffer設(shè)備，把幀緩沖區(qū)映射到用戶態(tài)內(nèi)存空間。 fb_close():關(guān)閉Framebuffer設(shè)備文件。 fb_memcpy():Framebuffer緩沖區(qū)寫入函數(shù)。把代表某顏色點(diǎn)的信息寫入Framebuffer設(shè)備。,52,LCD輸出模塊（續(xù)）,draw_dot():畫點(diǎn)函數(shù)。調(diào)用fb_memcpy()在屏幕上畫點(diǎn)。 unfillrectangle():矩形填充函數(shù)。調(diào)用draw_dot()函數(shù)在