μC／OS-II顯示控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言
    隨著性能的提高和價(jià)格的降低，越來(lái)越多的嵌入式應(yīng)用采用了ARM處理器。在強(qiáng)大功能及豐富外設(shè)的支持下，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)憑借較高的開(kāi)發(fā)效率、可維護(hù)性和可靠性成為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的理想選擇。
    μC／OS-II是一個(gè)完整的、可移植、可裁減的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。它是用ANSI C語(yǔ)言編寫的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，可以供不同架構(gòu)的微處理器使用。μC／OS由美國(guó)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(guó)航空管理局(FAA)的認(rèn)證，可以用于飛行器中。作為一個(gè)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(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)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(jí)菜單顯示的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)一款產(chǎn)品的實(shí)例設(shè)計(jì)闡述了中斷按鍵的處理流程以及多級(jí)菜單顯示的程序框架。
 

1 顯示控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    本設(shè)計(jì)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(jià)比微處理器。它具有256 KBFlash，64 KB RAM，4個(gè)32位定時(shí)器，6個(gè)運(yùn)動(dòng)控制PWM，3個(gè)UART，2個(gè)I2C，2個(gè)SSI以及60個(gè)用戶可用I／O。LM3S1960最高運(yùn)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(diǎn)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(jiǎn)單、控制指令集功能齊全的特點(diǎn)。
 

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(jì)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(gè)引腳都具有中斷功能，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快。
    在按鍵的過(guò)程中容易產(chǎn)生抖動(dòng)，沒(méi)有按鍵按下有時(shí)也可能會(huì)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(dòng)是按鍵處理的必要過(guò)程。在一般的處理器中，消抖處理多采用延時(shí)判斷的方法，這種方法不適合在操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谥袛嘀屑尤氪蟮臅r(shí)延，會(huì)大大降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度，所以本設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)性，在中斷處理過(guò)程中盡可能進(jìn)行少的操作。本設(shè)計(jì)中只進(jìn)行了保存鍵值和發(fā)送按鍵中斷信號(hào)量的操作，大大提高了中斷響應(yīng)的實(shí)時(shí)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(kāi)始等待中斷發(fā)過(guò)來(lái)需要判斷的原始按鍵值的信號(hào)量()SSemPend(C)SKeyRawSem，O，&err)。其中的參數(shù)OSKeyRawSem是原始按鍵中斷信號(hào)量。如果沒(méi)有信號(hào)量發(fā)過(guò)來(lái)，那么任務(wù)會(huì)在這里被掛起。接收到后首先關(guān)閉按鍵中斷，進(jìn)行系統(tǒng)延時(shí)OSTimeDlyHMSM(0，0，0，JitterTime)，JitterTime是延時(shí)時(shí)間。在這個(gè)延時(shí)的過(guò)程中，會(huì)進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，本任務(wù)也會(huì)被掛起，直到延時(shí)結(jié)束，重新被加入等待任務(wù)列表。在延時(shí)結(jié)束任務(wù)重新獲得CPU后，進(jìn)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(kāi)。在判斷是否松開(kāi)的過(guò)程中，同樣加入了系統(tǒng)延時(shí)判斷OSTimeDly-HMSM(0，0，0，CheckTime)，CheckTime是每次檢測(cè)延時(shí)的時(shí)間。按鍵松開(kāi)后，任務(wù)發(fā)送按鍵信號(hào)量給其他任務(wù)使用OSSemPost(OSKeySem)，其中OSKeySem為經(jīng)過(guò)確認(rèn)的按鍵中斷。如果判斷錯(cuò)誤，則清除鍵值。最后，打開(kāi)按鍵中斷，重新等待新的按鍵中斷。

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

    程序說(shuō)明如下：
    ①在任務(wù)開(kāi)始時(shí)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(hào)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(shí)間。信號(hào)量等待函數(shù)在RfreshTime時(shí)間內(nèi)等待，如果等待時(shí)間到了按鍵還沒(méi)有操作，那么它繼續(xù)執(zhí)行下面的程序，err變量會(huì)返回錯(cuò)誤的數(shù)值。
    ③如果②中的err返回沒(méi)有錯(cuò)誤，說(shuō)明在刷新時(shí)間內(nèi)發(fā)生了按鍵中斷，那么進(jìn)入按鍵的操作處理程序。
    ④根據(jù)鍵值變量KeyNumber進(jìn)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(hào)SubMenuNumber賦給SystemMode變量，并進(jìn)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(hào)量OSSemPost(OSDisXXXXSem)。其中，OSDisXXXXSem是子菜單XXXX的顯示信號(hào)量。
    ⑦目的是調(diào)用主菜單顯示函數(shù)。之所以再次進(jìn)行判斷，是因?yàn)樵冖拗邪l(fā)送信號(hào)量要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)度。如果子系統(tǒng)任務(wù)優(yōu)先級(jí)比主菜單高，主菜單就會(huì)被掛起而去執(zhí)行子菜單，在子菜單執(zhí)行間隙會(huì)重新調(diào)度回來(lái)進(jìn)行主菜單顯示，那么就造成顯示錯(cuò)誤。
    子菜單顯示的任務(wù)流程和主菜單類似。在按返回鍵時(shí)發(fā)送啟動(dòng)主菜單的信號(hào)量OSSemPost(OSDisMain-MenuSem)，系統(tǒng)就會(huì)重新返回到主菜單。
 

結(jié) 語(yǔ)
    本文對(duì)μC／OS-II操作系統(tǒng)下的中斷按鍵消抖處理及LCD多級(jí)菜單顯示方法進(jìn)行了研究，并提出了一種簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便的實(shí)現(xiàn)方案。該方法已經(jīng)應(yīng)用于某產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，效果較好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。