一種基于μC／OS-II的顯示控制系統設計

　　引 言

　　隨著(zhù)性能的提高和價(jià)格的降低，越來(lái)越多的嵌入式應用采用了ARM處理器。在強大功能及豐富外設的支持下，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統憑借較高的開(kāi)發(fā)效率、可維護性和可靠性成為開(kāi)發(fā)設計的理想選擇。

　　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)內核。它是用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，可以供不同架構的微處理器使用。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(gè)典型的嵌入式操作系統，μC/OS-II的應用非常廣泛，如照相機、醫療器械、音響設備、發(fā)動(dòng)機控制、高速公路電話(huà)系統、自動(dòng)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(shí)現問(wèn)題，并通過(guò)一款產(chǎn)品的實(shí)例設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 顯示控制系統硬件設計

　　本設計采用基于Cortex-M3架構的ARM處理器LM3S1960和液晶顯示器HS240128A作為顯示控制系統的核心，按鍵采用中斷的方式。顯示控制系統電路原理圖如圖1所示。

　　LM3S1960是Luminary公司推出的高性?xún)r(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)運動(dòng)控制PWM，3個(gè)UART，2個(gè)I2C，2個(gè)SSI以及60個(gè)用戶(hù)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。

　　HS240128A是240×128圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，采用T6963C作為內置控制器，內置字符發(fā)生器和32 KB顯示緩沖區，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

　　在按鍵數目較多的情況下，一般采用掃描查詢(xún)的方式。本設計中按鍵全部采用中斷的方式，主要是考慮到按鍵數目不多，且處理器的每一個(gè)引腳都具有中斷功能，實(shí)現簡(jiǎn)單，響應速度快。

　　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中實(shí)現。因為在中斷中加入大的時(shí)延，會(huì )大大降低系統的實(shí)時(shí)性和響應速度，所以本設計采用圖 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(shí)時(shí)性，在中斷處理過(guò)程中盡可能進(jìn)行少的操作。本設計中只進(jìn)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量 ()SSemPend(C)SKeyRawSem，O，&err)。其中的參數OSKeyRawSem是原始按鍵中斷信號量。如果沒(méi)有信號量發(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)的調度，本任務(wù)也會(huì )被掛起，直到延時(shí)結束，重新被加入等待任務(wù)列表。在延時(shí)結束任務(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，同樣加入了系統延時(shí)判斷OSTimeDly- HMSM(0，0，0，CheckTime)，CheckTime是每次檢測延時(shí)的時(shí)間。按鍵松開(kāi)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(guò)確認的按鍵中斷。如果判斷錯誤，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多級菜單顯示

　　對于多級菜單的編寫(xiě)，控制關(guān)系比較復雜，特別是對于不同的界面，人機交互的內容一般都不相同。所以在操作系統實(shí)現時(shí)，一般把每一級菜單的實(shí)現都作為一個(gè)任務(wù)分別設計。這樣思路清晰，不容易出現問(wèn)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)體內程序如下：

　　程序說(shuō)明如下：

　?、僭谌蝿?wù)開(kāi)始時(shí)判斷系統模式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。

　?、诘却存I信號量OSKeySem，根據用戶(hù)的按鍵執行相應的操作，RfreshTime是菜單的刷新時(shí)間。信號量等待函數在RfreshTime時(shí)間內等待，如果等待時(shí)間到了按鍵還沒(méi)有操作，那么它繼續執行下面的程序，err變量會(huì )返回錯誤的數值。

　?、廴绻谥械膃rr返回沒(méi)有錯誤，說(shuō)明在刷新時(shí)間內發(fā)生了按鍵中斷，那么進(jìn)入按鍵的操作處理程序。

　?、芨鶕I值變量KeyNumber進(jìn)行相應的操作，例如確定按鍵的處理、返回按鍵的處理等。

　?、菁偃缡谴_定鍵KEY_OK按下，那么首先把系統子菜單的編號SubMenuNumber賦給SystemMode變量，并進(jìn)行相應的初始化操作。

　?、蘩缡荴XXX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。

　?、吣康氖钦{用主菜單顯示函數。之所以再次進(jìn)行判斷，是因為在⑥中發(fā)送信號量要進(jìn)行系統調度。如果子系統任務(wù)優(yōu)先級比主菜單高，主菜單就會(huì )被掛起而去執行子菜單，在子菜單執行間隙會(huì )重新調度回來(lái)進(jìn)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(lèi)似。在按返回鍵時(shí)發(fā)送啟動(dòng)主菜單的信號量OSSemPost(OSDisMain-MenuSem)，系統就會(huì )重新返回到主菜單。

　　結 語(yǔ)

　　本文對μC/OS-II操作系統下的中斷按鍵消抖處理及LCD多級菜單顯示方法進(jìn)行了研究，并提出了一種簡(jiǎn)單、可靠性高、維護方便的實(shí)現方案。該方法已經(jīng)應用于某產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設計中，效果較好，運行穩定可靠。