基于μC/OS-III及STM32的多功能控制器設計

　　電動軌道車控制系統(tǒng)一般分為多個子系統(tǒng)，子系統(tǒng)受一個主控器控制。這樣的結構設計繁瑣，編程復雜。采用μC/OS-III操作系統(tǒng)、STM32F103RC微控制器、12864液晶屏、PVC按鍵、無線串口模塊、鋰電池等實現(xiàn)具有人機界面、無線串口功能的總線主控器。該控制器具有人機界面、軌道車主控器、遙控接收器、遙控面板等多種功能，并且能在不同項目中使用。(※ 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 硬件結構

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

　　圖1中無線串口用模塊實現(xiàn)系統(tǒng)遙控功能，顯示器用并口連接。鍵盤部分有或門電路，可實現(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量，當測量得到無外部電壓輸入時，控制器自動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固件庫最新版本為V3.5.0.μC/OSIII支持的庫文件版本為V2.1.0.為了μC/OS-III能夠在最新的固件庫上運行，首先用新固件庫替換原有固件庫代碼并改變入口頭文件名，然后有兩處代碼需要作修改。一是芯片時鐘初始化函數(shù)，函數(shù)名為“BSP_Init”,修改為：

　　二是操作系統(tǒng)時鐘初始化函數(shù)，函數(shù)名為“OS_CPU_SysTickInit”,修改為：

　　這兩處都是因為原有固件庫需要多條語句才能實現(xiàn)時鐘初始化，新版本提供專門的初始化函數(shù)。

　　3 驅動編寫

　　3.1 鍵盤驅動的編寫

　　μC/OS-III具有任務信號量的功能，該信號量隨著任務的創(chuàng)建而創(chuàng)建。鍵盤驅動有鍵盤掃描任務實現(xiàn)，按鍵觸發(fā)外部中斷，外部中斷發(fā)送任務信號量到鍵盤掃描任務，鍵盤掃描任務掃描鍵盤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字符的編碼和位置然后顯示出來，不能實現(xiàn)字符串格式化顯示。實現(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語言中解決變參問題的一組宏，“va_start(v_args,format);”得到第一個可變參數(shù)地址，這樣把自定義的變參傳遞到庫函數(shù)的變參中。

　　函數(shù)“LCD12864_print_string(buf_str);”為自定義函數(shù)，因為CH12864液晶屏內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，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顯示亂碼。

　　3.3 串口接收驅動

　　在μC/OS-III代碼中有串口接收部分的驅動，但經(jīng)過測試，當無操作系統(tǒng)的模塊連續(xù)發(fā)送時，該驅動接收出現(xiàn)漏接或亂碼的現(xiàn)象。其原因為該驅動每接收一個字符都要進行一次系統(tǒng)調用，在這個調用過程中發(fā)送的字符無法接收。改變原驅動用信號量同步的辦法，使用消息通信和結束字符判定的方法即可完整接收到無操作系統(tǒng)模塊連續(xù)發(fā)送來的字符串。

　　需要修改兩個函數(shù)，一是中斷接收函數(shù)：

　　該中斷函數(shù)把每個字符先保存在數(shù)組中，當出現(xiàn)結束字符時發(fā)送消息到接收函數(shù)。

　　二是串口接收函數(shù)：

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

　　4 軟件結構

　　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)和按鍵信號改變程序執(zhí)行的模式來實現(xiàn)一機多用。

　　作為手控器時，每個用戶界面作為一個任務。每個界面任務需要建立一些子任務協(xié)助處理，這些子任務受任務信號量和任務消息控制，當獲得信號量或者消息時任務執(zhí)行，執(zhí)行完成后掛起。子任務根據(jù)用戶操作把相關指令發(fā)往系統(tǒng)其他單元，各個單元執(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)機的模式，根據(jù)多功能控制器的命令進入不同的運行狀態(tài)。軌道運輸車的電機控制單元就可工作在前進、倒車、停車三種狀態(tài)，這三種狀態(tài)可加上速度參數(shù)。電機控制器收到狀態(tài)和參數(shù)后自動執(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，多功能控制器作為一個數(shù)據(jù)中繼器使用，主要任務是首先從無線串口接收數(shù)據(jù)，然后核對該數(shù)據(jù)的確認碼。核對通過則通過485總線發(fā)給系統(tǒng)其他單元，否則丟棄該數(shù)據(jù)。當系統(tǒng)單元返回數(shù)據(jù)時，多功能控制器在數(shù)據(jù)上添加確認碼，然后從無線串口對外發(fā)送。

　　作為遙控器時，該模式和手控器工作過程大致一樣。不同的是通過無線串口通信，發(fā)射時添加確認碼，接收時核對確認碼。

　　結語

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