基于μC／OS-II的顯示控制系統(tǒng)開發(fā)

引 言
    隨著性能的提高和價格的降低，越來越多的嵌入式應(yīng)用采用了ARM處理器。在強大功能及豐富外設(shè)的支持下，嵌入式實時操作系統(tǒng)憑借較高的開發(fā)效率、可維護性和可靠性成為開發(fā)設(shè)計的理想選擇。
    μC／OS-II是一個完整的、可移植、可裁減的占先式實時多任務(wù)內(nèi)核。它是用ANSI C語言編寫的，包含一小部分匯編語言代碼，可以供不同架構(gòu)的微處理器使用。μC／OS由美國人Jean J．Labrosse于1992年完成，1998年發(fā)展到μC／OS-II，目前的版本為μC／OS-II v2．83。2000年，μC／OS得到美國航空管理局(FAA)的認證，可以用于飛行器中。作為一個典型的嵌入式操作系統(tǒng)，μC／OS-II的應(yīng)用非常廣泛，如照相機、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動機控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動提款機等等。
    本文主要討論了μC／OS-II環(huán)境下中斷按鍵消抖處理及LCD多級菜單顯示的實現(xiàn)問題，并通過一款產(chǎn)品的實例設(shè)計闡述了中斷按鍵的處理流程以及多級菜單顯示的程序框架。

1 顯示控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
    本設(shè)計采用基于Cortex-M3架構(gòu)的ARM處理器LM3S1960和液晶顯示器HS240128A作為顯示控制系統(tǒng)的核心，按鍵采用中斷的方式。顯示控制系統(tǒng)電路原理圖如圖1所示。

    LM3S1960是Luminary公司推出的高性價比微處理器。它具有256 KBFlash，64 KB RAM，4個32位定時器，6個運動控制PWM，3個UART，2個I2C，2個SSI以及60個用戶可用I／O。LM3S1960最高運行頻率為50 MHz，其所有GPIO輸入可觸發(fā)中斷，支持IRDA的UART，非常適合嵌入式控制系統(tǒng)。
    HS240128A是240×128圖形點陣液晶顯示模塊，采用T6963C作為內(nèi)置控制器，內(nèi)置字符發(fā)生器和32 KB顯示緩沖區(qū)，具有接口簡單、控制指令集功能齊全的特點。

2 中斷按鍵消抖處理
    在按鍵數(shù)目較多的情況下，一般采用掃描查詢的方式。本設(shè)計中按鍵全部采用中斷的方式，主要是考慮到按鍵數(shù)目不多，且處理器的每一個引腳都具有中斷功能，實現(xiàn)簡單，響應(yīng)速度快。
    在按鍵的過程中容易產(chǎn)生抖動，沒有按鍵按下有時也可能會有干擾脈沖，如果不加以處理，容易引起誤操作。所以，消除抖動是按鍵處理的必要過程。在一般的處理器中，消抖處理多采用延時判斷的方法，這種方法不適合在操作系統(tǒng)中實現(xiàn)。因為在中斷中加入大的時延，會大大降低系統(tǒng)的實時性和響應(yīng)速度，所以本設(shè)計采用圖2所示的處理方法。

    圖2(a)為按鍵中斷處理程序流程。為了提高中斷的實時性，在中斷處理過程中盡可能進行少的操作。本設(shè)計中只進行了保存鍵值和發(fā)送按鍵中斷信號量的操作，大大提高了中斷響應(yīng)的實時性。
    圖2(b)為按鍵處理任務(wù)流程。在完成初始化后，任務(wù)開始等待中斷發(fā)過來需要判斷的原始按鍵值的信號量()SSemPend(C)SKeyRawSem，O，&err)。其中的參數(shù)OSKeyRawSem是原始按鍵中斷信號量。如果沒有信號量發(fā)過來，那么任務(wù)會在這里被掛起。接收到后首先關(guān)閉按鍵中斷，進行系統(tǒng)延時OSTimeDlyHMSM(0，0，0，JitterTime)，JitterTime是延時時間。在這個延時的過程中，會進行任務(wù)的調(diào)度，本任務(wù)也會被掛起，直到延時結(jié)束，重新被加入等待任務(wù)列表。在延時結(jié)束任務(wù)重新獲得CPU后，進行按鍵的再次判斷，判斷是否真的發(fā)生了按鍵中斷。如果判斷正確，則需要等待按鍵的松開。在判斷是否松開的過程中，同樣加入了系統(tǒng)延時判斷OSTimeDly-HMSM(0，0，0，CheckTime)，CheckTime是每次檢測延時的時間。按鍵松開后，任務(wù)發(fā)送按鍵信號量給其他任務(wù)使用OSSemPost(OSKeySem)，其中OSKeySem為經(jīng)過確認的按鍵中斷。如果判斷錯誤，則清除鍵值。最后，打開按鍵中斷，重新等待新的按鍵中斷。

3 LCD多級菜單顯示
    對于多級菜單的編寫，控制關(guān)系比較復(fù)雜，特別是對于不同的界面，人機交互的內(nèi)容一般都不相同。所以在操作系統(tǒng)實現(xiàn)時，一般把每一級菜單的實現(xiàn)都作為一個任務(wù)分別設(shè)計。這樣思路清晰，不容易出現(xiàn)問題，而且方便刪減和增加菜單項，也便于程序的維護和更新。主菜單任務(wù)循環(huán)體內(nèi)程序如下：

    程序說明如下：
    ①在任務(wù)開始時判斷系統(tǒng)模式SystemMode是否為主菜單模式SysMode_MainMenu。如果不是，那么就需要把主菜單顯示任務(wù)掛起，直到從其他任務(wù)返回。
    ②等待按鍵信號量OSKeySem，根據(jù)用戶的按鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作，RfreshTime是菜單的刷新時間。信號量等待函數(shù)在RfreshTime時間內(nèi)等待，如果等待時間到了按鍵還沒有操作，那么它繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，err變量會返回錯誤的數(shù)值。
    ③如果②中的err返回沒有錯誤，說明在刷新時間內(nèi)發(fā)生了按鍵中斷，那么進入按鍵的操作處理程序。
    ④根據(jù)鍵值變量KeyNumber進行相應(yīng)的操作，例如確定按鍵的處理、返回按鍵的處理等。
    ⑤假如是確定鍵KEY_OK按下，那么首先把系統(tǒng)子菜單的編號SubMenuNumber賦給SystemMode變量，并進行相應(yīng)的初始化操作。
    ⑥例如是XXXX子菜單，那么在初始化完成后發(fā)送信號量OSSemPost(OSDisXXXXSem)。其中，OSDisXXXXSem是子菜單XXXX的顯示信號量。
    ⑦目的是調(diào)用主菜單顯示函數(shù)。之所以再次進行判斷，是因為在⑥中發(fā)送信號量要進行系統(tǒng)調(diào)度。如果子系統(tǒng)任務(wù)優(yōu)先級比主菜單高，主菜單就會被掛起而去執(zhí)行子菜單，在子菜單執(zhí)行間隙會重新調(diào)度回來進行主菜單顯示，那么就造成顯示錯誤。
    子菜單顯示的任務(wù)流程和主菜單類似。在按返回鍵時發(fā)送啟動主菜單的信號量OSSemPost(OSDisMain-MenuSem)，系統(tǒng)就會重新返回到主菜單。

結(jié) 語
    本文對μC／OS-II操作系統(tǒng)下的中斷按鍵消抖處理及LCD多級菜單顯示方法進行了研究，并提出了一種簡單、可靠性高、維護方便的實現(xiàn)方案。該方法已經(jīng)應(yīng)用于某產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計中，效果較好，運行穩(wěn)定可靠。