基于μC/OS-II的顯示控制系統開發

　引 言

　　隨著性能的提高和價格的降低，越來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，嵌入式實時操作系統憑借較高的開發效率、可維護性和可靠性成為開發設計的理想選擇。

　　μC／OS-II是一個完整的、可移植、可裁減的占先式實時多任務內核。它是用ANSI C語言編寫的，包含一小部分匯編語言代碼，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、發動機控制、高速公路電話系統、自動提款機等等。

　　本文主要討論了μC／OS-II環境下中斷按鍵消抖處理及LCD多級菜單顯示的實現問題，并通過一款產品的實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公司推出的高性價比微處理器。它具有256 KBFlash，64 KB RAM，4個32位定時器，6個運動控制PWM，3個UART，2個I2C，2個SSI以及60個用戶可用I／O。LM3S1960最高運行頻率為50 MHz，其所有GPIO輸入可觸發中斷，支持IRDA的UART，非常適合嵌入式控制系統。

　　HS240128A是240×128圖形點陣液晶顯示模塊，采用T6963C作為內置控制器，內置字符發生器和32 KB顯示緩沖區，具有接口簡單、控制指令集功能齊全的特點。

　　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，且處理器的每一個引腳都具有中斷功能，實現簡單，響應速度快。

　　在按鍵的過程中容易產生抖動，沒有按鍵按下有時也可能會有干擾脈沖，如果不加以處理，容易引起誤操作。所以，消除抖動是按鍵處理的必要過程。在一般的處理器中，消抖處理多采用延時判斷的方法，這種方法不適合在操作系統中實現。因為在中斷中加入大的時延，會大大降低系統的實時性和響應速度，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。為了提高中斷的實時性，在中斷處理過程中盡可能進行少的操作。本設計中只進行了保存鍵值和發送按鍵中斷信號量的操作，大大提高了中斷響應的實時性。

　　圖2(b)為按鍵處理任務流程。在完成初始化后，任務開始等待中斷發過來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。如果沒有信號量發過來，那么任務會在這里被掛起。接收到后首先關閉按鍵中斷，進行系統延時OSTimeDlyHMSM(0，0，0，JitterTime)，JitterTime是延時時間。在這個延時的過程中，會進行任務的調度，本任務也會被掛起，直到延時結束，重新被加入等待任務列表。在延時結束任務重新獲得CPU后，進行按鍵的再次判斷，判斷是否真的發生了按鍵中斷。如果判斷正確，則需要等待按鍵的松開。在判斷是否松開的過程中，同樣加入了系統延時判斷OSTimeDly-HMSM(0，0，0，CheckTime)，CheckTime是每次檢測延時的時間。按鍵松開后，任務發送按鍵信號量給其他任務使用OSSemPost(OSKeySem)，其中OSKeySem為經過確認的按鍵中斷。如果判斷錯誤，則清除鍵值。最后，打開按鍵中斷，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，控制關系比較復雜，特別是對于不同的界面，人機交互的內容一般都不相同。所以在操作系統實現時，一般把每一級菜單的實現都作為一個任務分別設計。這樣思路清晰，不容易出現問題，而且方便刪減和增加菜單項，也便于程序的維護和更新。主菜單任務循環體內程序如下：

　　程序說明如下：

　　①在任務開始時判斷系統模式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掛起，直到從其他任務返回。

　　②等待按鍵信號量OSKeySem，根據用戶的按鍵執行相應的操作，RFreshTime是菜單的刷新時間。信號量等待函數在RfreshTime時間內等待，如果等待時間到了按鍵還沒有操作，那么它繼續執行下面的程序，err變量會返回錯誤的數值。

　　③如果②中的err返回沒有錯誤，說明在刷新時間內發生了按鍵中斷，那么進入按鍵的操作處理程序。

　　④根據鍵值變量KeyNumber進行相應的操作，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，那么首先把系統子菜單的編號SubMenuNumber賦給SystemMode變量，并進行相應的初始化操作。

　　⑥例如是XXXX子菜單，那么在初始化完成后發送信號量OSSemPost(OSDisXXXXSem)。其中，OSDisXXXXSem是子菜單XXXX的顯示信號量。

　　⑦目的是調用主菜單顯示函數。之所以再次進行判斷，是因為在⑥中發送信號量要進行系統調度。如果子系統任務優先級比主菜單高，主菜單就會被掛起而去執行子菜單，在子菜單執行間隙會重新調度回來進行主菜單顯示，那么就造成顯示錯誤。

　　子菜單顯示的任務流程和主菜單類似。在按返回鍵時發送啟動主菜單的信號量OSSemPost(OSDisMain-MenuSem)，系統就會重新返回到主菜單。

　　結 語

　　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行了研究，并提出了一種簡單、可靠性高、維護方便的實現方案。該方法已經應用于某產品的開發設計中，效果較好，運行穩定可靠。