直到海角天涯
0%

组合功能机器软件

发表于 更新于 分类于

0、简述

单片机使用LPC1115，采用ucos-ii。

程序主要包括：1个主任务、3个功能任务，1个串口发送任务，1个状态指示灯任务，1个蜂鸣器任务。

功能任务就是实现机器主要功能的任务，与机器的应用场合有很大的关系，所以在此不做过分详细的说明。每个功能可以实现开启、暂停、结束等命令，实现方式在下面说明。

其它几个任务是辅助性的任务，为了更好地服务于机器功能的实现。

1、主任务

解析上位机的命令，并向任务发送命令。

主任务结构伪代码

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
static uint8_t queue_func_insert(struct andrdata* andr)
{
    switch(andr->cmd)
    {
    case FUNCTION_CMD_PUMP:
    {
        OSQPost(q_pump, (void*)(andr_pump_buf + pump_write));
    }
    break;
    // ......
    default:
        return 0;
    }
}

static uint8_t func_insert(struct andrdata* andr)
{
    if(queue_func_insert(andr) == 0)
        return CMD_ERROR;

    mbox_msg = OSMboxPend(from_task, OS_TICKS_PER_SEC / 50, &err);
    code = *mbox_msg;
    //根据返回结果处理

    return code;
}

void task_main_func(void* pvData)
{
    //......
    while(1)
    {
        //......
        while(1)
        {
            if(andr_recv_queue.is_empty())
                break;
            
            andr = andr_queue_get(&andr_recv_queue);
            //......
            code = func_insert(andr);
            //......
        }
    }
}

主任务处理流程：

①解析上位机命令

②判断分析，如果合适，将命令发送至任务，等待任务应答。

这样处理意在将各功能任务与上位机命令分离，各部分相互独立，减弱耦合。

③主任务根据任务的应答进行后续处理。

2、功能任务

功能任务用来实现各个具体的功能，虽然因任务的不同而有所变化，但处理流程基本一致。代码框架如下。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
/*
该函数用来在功能运行过程中，接收上位机的一些命令，
诸如暂停、恢复、停止等，并且在暂停过程中还有超时处理。
若有其它控制需求，还可以比较方便地增加。
*/
uint8_t wait_mbox2task(uint8_t index, uint16_t timeout, uint8_t* state, fun_call func, uint8_t para)
{
    mbox_m = OSMboxPend(mbox, timeout, &err);
    if(err != OS_NO_ERR)
        return FUNC_NONE;
    
    switch(*mbox_m)
    {
        case FUNCTION_SUSPEND:
        {
            OSMboxPost(md->mbox, &md->msg);
            while(1)
            {
                mbox_m = OSMboxPend(mbox, OS_TICKS_PER_SEC, &err);
                if(err == OS_NO_ERR)
                {
                    switch(*mbox_m)
                    {
                        case FUNCTION_RESUME:
                            md->msg = ALARM_CMD_OK;
                            OSMboxPost(md->mbox, &md->msg);
                            return FUNC_NONE;

                        case FUNC_STOP:
                            //...
                            return FUNC_STOP;
                           
                        default:
                            md->msg = ALARM_CMD_ERROR;
                            OSMboxPost(md->mbox, &md->msg);
                            break;
                    }
                }
                
                if(++suspend_time >= SUSPEND_TIMEOUT)
                {
                    return FUNC_TIMEOUT;
                }
            }
            break;
        }
            
        case FUNC_STOP:
            //...
            return FUNC_STOP;
            
        default:
            //...
            break;
    }
    return FUNC_NONE;
}

void task_pump(void* pvData)
{
    while(1)
    {
        //do something
        andr = OSQPend(q_pump, OS_TICKS_PER_SEC, &err);
        if(err != OS_NO_ERR)
            continue;

        //andr参数检查
        
        while(1)
        {
            //事件更新与处理
            
            ret = wait_mbox2task();
            switch(ret)
            {
            case FUNC_STOP:
                //..
                goto TASK_STOP;

            case FUNC_TIMEOUT:
                //...
                goto TASK_STOP;

            default:
                continue;
            }
        }

    TASK_STOP:
        stop_task(flag_stop, flag_deal);
    }
}

在任务执行过程中，检查邮箱是否有数据到来：如果有，则分析具体动作，并执行之；否则就继续运行。命令包括几个方面：暂停（需要处理超时，不能长时间暂停）、恢复、停止（结束任务）等。

因不同任务有不同的特点，所以各个任务会有各自的处理细节。比如某个任务工作时，仅仅需要计时即可，当达到定时要求后结束执行即可。而另一个任务功能则需要计量液体体积，同时检测水桶的水位，如果水位低于警报值，那么需要提醒用户或者报警；另一方面，向水桶中注水时则需要关注高水位警报。

3、辅助任务

（1）串口发送任务
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
void task_uart_send(void* pvData)
{
    while(1)
    {
        us = OSQPend(q_uart_send, 0, &err);
        if(err != OS_NO_ERR)
            continue;

        switch(us->com)
        {
        case UART_TO_RS232:
            cmd_resp(us->UART_TO_RS485andr);
            break;

        case UART_TO_RS485:
            for(i = 0; i < UART_SEND_COUNT; i++)
            {
                UARTSend(data, len);
                OSSemPend(, , &err);
                if(err != OS_NO_ERR)
                    continue;
                //do something else
            }
            break;

        default:
            break;
        }
    }
}

/*
在其它位置调用下面的函数用以发送数据。
在本项目的实际应用中，不会有问题，但是这里仍不完善，有待改进。
*/
uint8_t mb_send_data(struct uart_send* us)
{
    send_buf[send_write] = *us;
    OSQPost(q_uart_send, (void*)(send_buf + send_write));
    send_write = (send_write + 1) % Q_SIZE_SEND;
}

在程序的不同位置会向串口发送数据，其实只是发送到队列，在这个任务中处理这些待发送的数据。结合实际的应用需求，单片机UART0通过扩展芯片外接有两个设备：上位机、Modbus设备。上位机是rs232接口，Modbus设备是rs485接口，并且Modbus设备是从设备，所以在处理Modbus设备时需要处理数据应答与重发问题。

可以这样简单理解。数据有多个源头，但是均需要从同一个串口发送，那么将他们放在一个队列中，在一个任务中将数据一个一个地取出并发送。在发送任务中，根据数据的不同目的设备，通过RS232或者RS485发送输出。

691xg0.png

因为数据的接收也是从同一个uart进入，所以有可能丢失数据。比如在处理rs485设备时，rs232接口有数据过来，或者相反的情形。但是这种情况比较少，有几个原因：①上位机数据发送有比较大的时间间隔；②从rs485发送数据时是报警、开启停止任务的时候。但仍然存在数据丢失的可能性,所以才会有数据重发机制。

（2）状态指示与蜂鸣器

这里的处理与数据发送任务比较类似，数据来源于多个位置，但是均需要从同一个UART输出，所以使用队列的处理方式，在任务中从队列中取数据处理。

状态指示灯需要实现不同的效果，比如闪烁间隔、周期、次数等，各功能任务的状态显示均需通过状态指示任务处理，最后再通过串口发送任务发送数据。

还有一个报警功能。所谓的报警，就是通过状态指示灯与蜂鸣器来提醒用户，并且上位机在查询状态时，也会检查到报警状态并提示。

（3）空闲任务

电路板上有一个状态灯，将其放在空闲任务中，根据任务的不同状态，显示不同的状态。比如在空闲时为呼吸灯效果；有任务工作时，会是闪烁的状态；如果有报警，则以比较快的速度闪烁。

其实在各功能运行时，大部分时间都是阻塞的状态，所以空闲任务会运行大部分时间，将状态灯放在这里进一步减轻了主要任务的处理压力。

（4）其它细节

  • 任务优先级

    因为涉及到主任务与功能任务之间的通信以及串口数据发送问题，所以需要注意各个优先级的设置。在本项目中，功能任务优先级最高，主任务优先级次之，接着是串口发送任务，最后是蜂鸣器与状态指示任务。

  • 同时工作的任务数量限制

    这主要是实际应用的需求才这样设计，在上述代码中未体现。

    一个问题是如何记录正在工作的任务及其数量？这里使用一个字节位的方式来处理。如果某个功能正在运行，那么将相应的位置1，完成后清0，统计1的数量就可以得到正在工作的任务的数量。

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    static uint8_t get_bits_count(uint8_t data)
    {
        uint8_t i;

        for(i = 0; data; i++)
        {
            data &= (data - 1) ;
        }
        return i;
    }

    当然，单片机RAM有限，不可能同时运行太多的任务。

  • 命令处理

    指通信协议方面，需要做一些处理，包括命令的解析与数据打包，命令的应答等。同时，也要注意不同设备状态下命令的处理，比如：任务已经打开，不允许再次打开操作，否则返回错误命令等。

  • 看门狗

    采用外部看门狗芯片，放在主任务中处理，当然也还有其它处理方式，但是我理解不应该放在定时器中，因为有可能程序已经死机，但是定时器仍在运行，起不到应有的作用。

  • 其它

    报警的标记与清除、交易记录、参数设置、数据保存与读取（互斥量保护）等方面的内容。

4、问题

（1）RS485接口速度

板子的rs232与rs485从同一个uart引出，但是对于rs485接口，当波特率超过9600，数据收发就会出现错误，但是RS232即使波特率到了115200也是没有问题的。

板子与485设备均在机器内部，长度可能也就几十公分，在开发、测试时长度更短，并且总线上只有这一个485设备。

一个原因是板子的设计问题，另一个是接地问题，还可能是软件处理收发方向的问题。这个需要后续进一步地验证。

（2）液体计量精度

在管路上有一个编码器，通过统计编码器脉冲数可以计算得到流过的液体体积。当然精度不是很高，一是没有高精度的流量计，二是安装方式也会有很大的影响。因为并没有拿到一个产品的精确参数，只能通过多次测试来得到比较精确地参数。

当然，本产品也不需要很高的精度，否则就需要更高精度的物理实现了。

5、总结

本文从应用的角度总结了项目的软件结构，整个软件还包括上位机通信协议设计，这是很重要的一部分。其实这里的上位机就是一个运行Android系统的屏，安装在机器上作为用户操作的界面，与它的通信通过RS232进行，Android屏作为通信的发起者，这里的单片机程序接收数据并应答。

整个项目从软件的设计、开发调试，到最后的测试，这个过程中遇到了一些问题，还有一些很低级的错误。但是因为涉及到多个部门，所以需要耐心沟通，慢慢调试，找出问题并解决之。