在上一篇文章中，我們研究了開發(fā)人員應(yīng)如何在現(xiàn)代嵌入式應(yīng)用程序中創(chuàng)建一個接口，將低級驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)細(xì)節(jié)與應(yīng)用程序代碼分離。該接口提供了一種架構(gòu)抽象，通過減少對硬件的依賴來提高應(yīng)用程序代碼的可伸縮性和可移植性。

現(xiàn)在我們將根據(jù)我們在微控制器的 3 種驅(qū)動程序設(shè)計技術(shù)中討論的技術(shù)，開始研究開發(fā)人員可以實現(xiàn) ADC 驅(qū)動程序的幾種不同方法。在本文中，我們將更詳細(xì)地研究如何使用輪詢技術(shù)并討論阻塞驅(qū)動程序和非阻塞驅(qū)動程序之間的區(qū)別。

阻止還是不阻止，這是個問題

在為微控制器開發(fā)任何驅(qū)動程序時，開發(fā)人員必須決定他們的驅(qū)動程序是阻塞還是非阻塞。阻塞驅(qū)動程序?qū)嵸|(zhì)上會暫停代碼執(zhí)行，直到驅(qū)動程序完成其任務(wù)。例如，映射到 UART 的printf的典型實現(xiàn)是阻塞的。

當(dāng)您撥打以下電話時：

printf(“你好世界！”);

開發(fā)人員知道，該語句后面的任何代碼行在整個“Hello World！”之前都不會執(zhí)行。語句已打印出UART。“你好世界！” 包含 12 個字節(jié)，96 位，但語句阻塞的時間量取決于 UART 波特率。對于配置為 1 Mbps 的 UART，您預(yù)計大約需要 96 微秒。對于配置為 9600 bps 的 UART，您預(yù)計大約需要 10,000 微秒！這是一個很大的差異，具體取決于硬件的配置方式，并且在將 UART 驅(qū)動程序配置為阻塞驅(qū)動程序時，它會顯著影響程序的執(zhí)行。

非阻塞驅(qū)動程序是在驅(qū)動程序完成其任務(wù)時不會停止程序執(zhí)行的驅(qū)動程序。例如，可以配置printf和上一個示例中的 UART 驅(qū)動程序，使其不會阻塞，而是允許應(yīng)用程序在每個字節(jié)從 UART 發(fā)送出去時繼續(xù)執(zhí)行。這可以在適當(dāng)?shù)那闆r下提高應(yīng)用程序的效率，但需要額外的設(shè)置，例如使用中斷、DMA 或至少一個傳輸緩沖區(qū)。

決定采用哪種方式設(shè)計驅(qū)動程序取決于您的應(yīng)用程序和硬件。例如，如果 UART 配置為 1 Mbps，則從效率的角度來看，編寫非阻塞驅(qū)動程序可能不會獲得太多收益，并且實際上可能會導(dǎo)致比通過額外的程序復(fù)雜性解決的問題更多。但是，如果應(yīng)用程序要求 9600 bps，其中應(yīng)用程序代碼被阻塞 10 毫秒，則使用非阻塞驅(qū)動程序可以顯著提高程序效率，并且額外時序復(fù)雜性問題的風(fēng)險要小得多，而且更易于管理。

嵌入式 ADC 驅(qū)動程序概述

需要注意的是，在一篇博客中，我無法完成編寫完整 ADC 驅(qū)動程序所需的所有步驟。我可以輕松地在其上寫一篇 20 頁的論文或提供一個完整的網(wǎng)絡(luò)研討會，但它可能仍無法涵蓋所有??細(xì)節(jié)，但我們至少可以查看一些核心部分。

我們可以通過多種方式組織 ADC 驅(qū)動程序，但我喜歡組織它們的方式需要三個組件：

• 低級驅(qū)動
• 申請代碼
• 一個配置模塊

低級驅(qū)動程序在初始化期間獲取配置模塊，并根據(jù)配置設(shè)置硬件。低級驅(qū)動程序提供了一個通用硬件抽象層 (HAL)，然后應(yīng)用程序代碼可以使用該層。ADC HAL 調(diào)用應(yīng)該是通用的，以便高級應(yīng)用程序可以以任何必要的方式配置硬件，從而使其可重用和可擴展。例如，我過去使用的一些 ADC HAL 調(diào)用包括：

• AdcError_t Adc_Init(const AdcConfig_t * Config);
• AdcError_t Adc_StartConversion(void);
• bool Adc_ConversionComplete(void);
• 無效 Adc_RegisterWrite（uint32_t 常量地址，uint32_t 常量值）；
• uint32_t Adc_RegisterRead(uint32_t 地址);
• void Adc_CallbackRegister(AdcCallback_t const Function, TYPE (*CallbackFunction)(type));

前三個 API 提供了初始化 ADC 硬件、啟動轉(zhuǎn)換然后檢查轉(zhuǎn)換狀態(tài)的能力。最后三個函數(shù)旨在允許低級硬件的可擴展性。例如，如果 HAL 不提供應(yīng)用程序所需的選項（例如轉(zhuǎn)換單個 ADC 通道），則可以使用Adc_RegisterRead和Adc_RegisterWrite函數(shù)擴展 HAL。這提供了基于應(yīng)用程序需求的靈活性，而不會創(chuàng)建壓倒性的 API。

編寫一個簡單的阻塞 ADC 驅(qū)動程序

我們可以在硬件層之上編寫一個非常簡單的 ADC 驅(qū)動程序。例如，我們可以創(chuàng)建一個名為Adc_Sample的簡單函數(shù)，它啟動 ADC 硬件，然后將所有結(jié)果存儲在緩沖區(qū)中，然后應(yīng)用程序可以訪問該緩沖區(qū)。存儲模擬值計數(shù)值的緩沖區(qū)不一定只需要存儲一個值，而是可以存儲多個值，這些值以后可以根據(jù)應(yīng)用程序的需要進(jìn)行平均或過濾。采樣函數(shù)的阻塞版本可能如下所示：

正如您在此代碼中看到的，while 循環(huán)會阻止執(zhí)行，直到 ADC 硬件完成其轉(zhuǎn)換，然后它將值存儲在應(yīng)用程序緩沖區(qū)中。

編寫一個簡單的非阻塞 ADC 驅(qū)動程序

將阻塞驅(qū)動程序轉(zhuǎn)換為非阻塞代碼非常簡單，但需要更改更高級別的應(yīng)用程序代碼。例如，現(xiàn)在，如果應(yīng)用程序想要對傳感器進(jìn)行采樣，開發(fā)人員調(diào)用：

Adc_Sample();

在非阻塞版本中，開發(fā)人員必須檢查Adc_Sample的返回值，以查看樣本是否已完成并準(zhǔn)備好使用。這允許示例在后臺運行，應(yīng)用程序代碼繼續(xù)運行，并對我們的驅(qū)動程序代碼進(jìn)行以下更新：

結(jié)論

正如我們在這篇文章中看到的，有多種方法可以編寫 ADC，并且根據(jù)我們的需要，實現(xiàn)可以是阻塞的，也可以是非阻塞的。阻塞驅(qū)動程序往往比非阻塞驅(qū)動程序更簡單且不完整，但它們可能效率低下。非阻塞驅(qū)動程序允許其他代碼在驅(qū)動程序工作時運行，但應(yīng)用程序代碼仍然需要檢查狀態(tài)，這在輪詢實現(xiàn)中本身是低效的。

在本系列的下一篇文章中，我們將研究如何編寫一個應(yīng)用程序，通過使用中斷的 ADC 外設(shè)對傳感器進(jìn)行采樣。

審核編輯 黃昊宇