狀態(tài)機在嵌入式前后臺系統中的應用

　　在嵌入式前后臺系統中，外部的異步事件通過(guò)中斷來(lái)捕獲并運行在后臺，而其他的任務(wù)則運行于前臺。提高系統中的任務(wù)處理能力，是嵌入式前后臺系統設計的重點(diǎn)。本文描述了利用狀態(tài)機來(lái)提高嵌入式前后臺系統任務(wù)處理能力的實(shí)現方法。為了便于研究和描述狀態(tài)機在嵌入式前后臺軟件系統中的應用，本文將以移動(dòng)2G光纖直放站近端機的監控軟件案例來(lái)闡述和說(shuō)明。

　　1 移動(dòng)2G光纖直放站近端機監控單元

　　對于移動(dòng)2G光纖直放站近端機監控單元，只介紹與本文有關(guān)部分的原理框圖，如圖1所示。圖中GSMModem通過(guò)AT91SAM7S256的串口1相連。由于GSMModem的特性和短消息的收發(fā)，其通信收發(fā)處理相對比較繁瑣和復雜。例如，發(fā)送短消息時(shí)，需要向Modem發(fā)送“AT+CMGS=電話(huà)號碼”并等待一定的時(shí)間，再發(fā)送短消息內容，等待發(fā)送成功。短消息發(fā)送成功后，GSMModem將回應“+CMGS序號”的信息。其發(fā)送需要等待的時(shí)間長(cháng)短不定。

　　在移動(dòng)2G光纖直放站近端機中，通過(guò)串口1發(fā)送到GSMModem的數據不僅僅是短消息，還包括下行功率查詢(xún)、信源信息查詢(xún)、讀取/刪除短消息等。因此，針對移動(dòng)2G光纖直放站近端機監控單元的要求和軟件系統為前后臺系統的特點(diǎn)，移動(dòng)2G光纖直放站近端機監控單元的監控軟件設計采用了狀態(tài)機和隊列的方式。

　　2 軟件的設計思路

　　根據前后臺軟件系統的特點(diǎn)，結合移動(dòng)2G光纖直放站近端機的硬件結構，以移動(dòng)2G光纖直放站近端機的監控軟件中的短消息收發(fā)子系統為例，來(lái)闡述軟件的設計思路。GSMModem的短消息接收采用軟件主動(dòng)讀取的方式，即軟件以中斷方式接收到短消息在Modem中存儲的序號，然后軟件主動(dòng)讀取短消息和刪除已讀取的短消息。短消息的收發(fā)處理流程如圖2所示。

　　2.1 短消息的接收

　　如圖2所示，GSMModem主動(dòng)上報的信息將存儲到串口1接收緩沖區中，軟件從串口1接收緩沖區的數據中解析出短信序號(Modem收到的短消息在Modem中的存儲序號)存儲到短信序號隊列(短信序號緩沖區1~n)中，然后軟件通過(guò)短信序號隊列的狀態(tài)來(lái)決定是否需要向Modem發(fā)送讀取短信或者刪除短信命令。

　　當軟件發(fā)送讀短消息命令后，GSMModem將對應序號的短信息送出，數據將存儲到串口1接收緩沖區中，軟件再從串口1接收緩沖區的數據中解析出短消存儲到短信隊列(短信緩沖區1~m)中。這樣需要軟件處理的短消息就存儲到了短信隊列中，而處理的事情則交由軟件的其他區處理。

　　圖2 直放站短信收發(fā)處理流程

　　2.2 短消息的發(fā)送

　　對所有需要發(fā)送到GSMModem的數據，則通過(guò)UART1發(fā)送緩沖區來(lái)完成。具體發(fā)送哪些數據(讀取/刪除短信、下行功率查詢(xún)、信源信息查詢(xún)、未讀短信查詢(xún))或者緩沖區的數據(短消息發(fā)送緩沖區、告警上報發(fā)送緩沖區)由軟件根據相應的狀態(tài)來(lái)選擇確定。

　　3 設計思路的實(shí)現

　　3.1 串口1數據的發(fā)送

　　3.1.1 串口1發(fā)送緩沖區的數據結構

　　串口1是否有數據需要發(fā)送，由串口1的發(fā)送緩沖區的狀態(tài)來(lái)決定。串口1發(fā)送緩沖區的數據結構定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bStBuf;//bStBuf =

　　Uart1_TxBuf_Rdy或者=Uart1_TxBuf_Wait或者=Uart1_TxBuf_Empty

　　unsigned short Index;

　　unsigned short Len;

　　char Buf[270];

　　}Uart1Buf_t;

　?、?bStBuf成員： 串口1發(fā)送緩沖區的狀態(tài)。

　?、?Index成員： 串口1發(fā)送數據緩沖區索引。

　?、?Len成員： 串口1發(fā)送數據緩沖區中有效數據的長(cháng)度。

　?、?Buf成員： 串口1發(fā)送數據緩沖區。

　　3.1.2 串口1發(fā)送緩沖區軟件定時(shí)器

　　由于GSM Modem的特性致使串口1不能不間斷地發(fā)送數據，因此，對串口1的數據發(fā)送設定一個(gè)軟件定時(shí)器。軟件定時(shí)器用于控制GSMModem是否可以接收來(lái)自串口1的新數據。軟件定時(shí)器的結構定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bTimerSt;//軟件定時(shí)器的狀態(tài): Timer_START或Timer_STOP

　　unsigned int TimerCtn;//軟件定時(shí)器的計數器

　　void (*func)(void);//超時(shí)后相應的處理功能函數指針

　　}SoftTimer_t;

　?、?bTimerSt成員： 用于描述軟件定時(shí)器的狀態(tài)。它有2種狀態(tài)：

　　◆ Timer_START――開(kāi)始軟件定時(shí)器;

　　◆ Timer_STOP――停止軟件定時(shí)器。

　?、?TimerCtn成員： 用于描述軟件定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。它是一個(gè)32位的計數器，硬件定時(shí)的基準時(shí)間為20ms(建議設置在前后臺系統主程序循環(huán)1次需要的時(shí)間)，因此最大定時(shí)時(shí)間為20 ms×232=85 899 345.92 s。

　?、?func成員：

　　用于描述軟件定時(shí)器超時(shí)需要去處理相應事情的函數。該函數是在定時(shí)器中斷服務(wù)程序下運行的，因此為了減少中斷服務(wù)程序占用CPU的時(shí)間，函數只作簡(jiǎn)單的狀態(tài)設置或者清除工作，如函數Clear_Uart1TxbStBuf。

　　void Clear_Uart1TxbStBuf(void){

　　Uart1Tx.bStBuf = Uart1_TxBuf_Empty;//設置串口1發(fā)送緩沖區為空

　　……

　　}

　　3.1.3 串口1數據發(fā)送狀態(tài)機

　　串口1發(fā)送緩沖區的成員bStBuf有3種狀態(tài)。

　?、?Uart1_TxBuf_Rdy： 串口1發(fā)送緩沖區數據準備好。

　?、?Uart1_TxBuf_Wait： 串口1發(fā)送緩沖區數據等待。

　?、?Uart1_TxBuf_Empty： 串口1發(fā)送緩沖區空。

　　3種狀態(tài)的轉移情況如圖3所示。

　　圖3 串口1的發(fā)送緩沖區狀態(tài)機