XMOVE3.0手持终端——软件介绍(一):精简型嵌入式管理系统的菜单实现和任务切换
编者注： X-MOVE是作者在业余时间于2010年6月份启动的以运动传感开发，算法和应用的平台，目前已经发展了三个版本，第四版的开发接近尾声。发布在博客园仅为交流技术，不存在商业目的，作者保留一切权利。
一. 综述和废话
本系统是我的XMOVE动作感应系统框架的嵌入式实现部分。
一提到OS一般都会被人喷。OS是何等庞大的东西，区区小辈凭什么敢把自己的几百行代码称之为OS?叫做框架都不行！
有句话叫简单就是美。方便移植，使用简单的c语言框架，在单片机上再合适不过了。
想象一下，一个嵌入式手持系统，在2KB内存的单片机上实现，硬件上有按键和图形界面，软件上有简单的任务调度和中断服务策略，一个还不错的菜单管理和用户GUI，输入输出接口和简单的无线通信协议，有小游戏，甚至还能听MP3，甚至还有中文输入法。给你这样的系统，你还想要什么？
所以我们称之为嵌入式管理系统，目前在430和STM32上成功移植和运行，可以支持不同颜色和分辨率的显示器，我会专门用一篇文章介绍其GUI实现。但目前我仅介绍其中的一部分：在嵌入式系统中如何实现简单的菜单和任务切换功能。
与XMOVE手持终端相关的介绍文章列表如下:
下面是系统实际运行图
这是该系统的12864单色屏版本
12864单色屏版本主菜单——四宫格
320*240彩屏版本，菜单提供了三种风格和不同的配色，可以在系统设置中调节
二. 系统总体框架
系统面向对实时性没有极端要求的应用，针对平台是内存10KB以内的嵌入式芯片，通常包含小型LCD屏幕和键盘的工控系统，通常系统会实现一些菜单和任务调度。为实现这个目标，搭建系统框架是非常必要的。必须满足以下几类要求：（1）可移植性，主控芯片和外围模块可变，满足硬件无关性。（2）采用占先式处理，形成任务队列。（3）低内存占用，将大型数据尽可能保存在FLASH中。
我们如何实现菜单呢？初步思路是switch-case块，系统通过键盘选择进入不同的子菜单，但子菜单终归要跳到主菜单的，用户的操作可能非常繁复，最后用swich-case这样的选择性结构根本没法描述复杂的菜单管理 。必须用改进的数据结构来描述，我们想到了图。但这样的图结构怎样描述呢？
系统状态分为两类，菜单状态和任务状态。任何菜单页都可能有父菜单或子菜单，任务也可以看成只有父菜单而没有子菜单的特殊“菜单页”。同时每个任务都应该给出它的父菜单和子菜单值。这样就给出了任务状态转移图。当需要返回时，返回父菜单。若该菜单含有子菜单，则显示当前子菜单。
1. 数据定义
我们对每个菜单项定义如下的数据结构，与操作系统原理中的任务控制块（PCB）很相似。
struct TaskPCB //菜单结构 { unsigned char *Name; //任务名称 u8 (* function)(); //指向的函数指针 unsigned char *Detail; //对该任务的描述 u8 PicIndex; //该任务的图片在图片数组中的ID u8 SubTaskList[10]; //第0项是父菜单，从第1项开始，分别对应子菜单标号 };
我们将保存TaskPCB的结构体数组，由于它是不会改变的，因此加上const标示符，编译器会将其存储在FLASH中。每个任务定义在数组中的偏移量就是该任务的唯一ID, 注释给出了结构体中成员的具体作用。此处我们重点解释下函数指针，数指针是指向函数的指针变量。 因而“函数指针”本身首先应是指针变量，只不过该指针变量指向函数。这正如用指针变量可指向整型变量、字符型、数组一样，这里是指向函数。
将一个包含相同返回值和形参表的函数赋值给函数指针，执行该指针即等效于执行该函数。 运行时可以动态改变该指针指向的内容，从而修改程序运行方向，这就是c语言的“动态性”。C#里的委托在本质上也是函数指针，只不过它是面向对象和安全的，整个面向对象大厦就建立在委托之上，可见“函数指针”所表现的深刻内涵。
我们定义如下的TaskPCB数组：
const struct TaskPCB myTaskPCB[SIZE_OF_Task]= //菜单定义 { {"系统主菜单",MenuGUI,"全局功能显示",5,{0,6,14,20,8,33,9,10}}, //0 {"系统时间",time_show,"查看当前系统的时间",8,{8,0}}, //1 {"加速度监测",AccShow,"三轴加速度检测",24,{8,0}}, //2 {"五子棋",Five,"人机和无线对战",23,{9,0}}, //3 {"俄罗斯方块",TerisBrick,"经典游戏,支持横竖屏",8,{9,0}}, //4 {"气压和温度",PressureTest,"显示温度和气压状态",24,{8,0}}, //5 {"动作感应键盘",GyroKeyboard,"感受全新的字符动作输入",17,{14,0}}, //6 {"通信管理",WirelessControl,"管理通信方式和协议",11,{10,0}}, //7 {"传感器监测",MenuGUI,"检测当前环境状态",20,{0,6,1,2,5,19,12,16}}, //8 {"娱乐功能",MenuGUI,"您可使用该系统自带游戏",22,{0,4,3,4,15,28}}, //9 {"系统管理",MenuGUI,"您可对该系统设置和管理",11,{0,4,7,11,13,17}}, //10 {"运行配置",OSConfigSet,"对功耗和功能的设置",19,{10,0}}, //11
///为了方便，仅显示了一部分
}
用一张结构图解释会更清楚：
2. 实现菜单显示
有了以上的数据结构定义以后，显示就变得很简单了。 对于所有的菜单，他们的函数指针都应该指向一个函数：菜单显示函数。 请注意，由于平台不同，编码者的意愿也有所区别，该函数的实现可以非常灵活，多种多样。
若该页是菜单，那么它的函数指针地址将指向菜单显示，通过当前的index，它会绘制出该菜单的子菜单，并完成菜单的选取和管理操作。并等待用户输入：方向键光标发生移动，跳出则系统返回父菜单，点选确定则进入子菜单项。
我仅仅提供不完整的函数实现示意：
（PS：这些代码是我大四时候写的，现在看都不一定能看得懂了...大家凑乎看看，其实有第一部分的数据结构，实现菜单就不成问题了）
/* 函数：u8 MenuGUI() 功能：显示不同风格的菜单界面 参数：(全局变量)MenuType指出当前显示的界面风格，参见界面编辑的相关说明 返回值：固定为1 */ u8 MenuGUI() //图形化界面窗口函数 { switch(MenuType) { case 0: MainMenuListGUI(1,3,200,64); break; case 1: MainMenuListGUI(1,8,0,25); break; case 2: MainMenuListGUI(3,2,100,90); break; } return 1; }
函数：u8 MainMenuListGUI() 功能：主菜单界面的函数，负责绘图和和获得用户选择 参数：LRMaxMount菜单左右显示的最大数量，UDMaxMount:上下显示的最大数量， OneLRLength：任一项在界面中的最大像素宽度，OneUDLength：任一项的最大像素长度 返回值：固定返回1 */ u8 MainMenuListGUI(u8 LRMaxMount,u8 UDMaxMount,u8 OneLRLength,u8 OneUDLength) { if (myTaskPCB[OS_index_data].function!=MenuGUI) //如果要执行的不是界面绘制，则返回 { return 0; } u8 MaxMount=myTaskPCB[OS_index_data].SubTaskList[1]; u8 func_state=0,menu_flag=1,LastFlag,TotalFreshEN=1,flag=1,FreshEN=1; if(func_state==0) { TaskBoxGUI_P(X_Witch_cn,Y_Witch_cn,Dis_X_MAX-X_Witch_cn,Dis_Y_MAX-Y_Witch_cn-3,(u8 *)myTaskPCB[OS_index_data].Name,0); func_state=1; } while(func_state==1) { MenuDataRefreshGUI( menu_flag, MaxMount, flag, LastFlag, LRMaxMount,UDMaxMount, OneLRLength, OneUDLength,FreshEN,TotalFreshEN); LastFlag=flag; switch(UpdownListInputControl(&menu_flag,&flag,MaxMount,LRMaxMount,UDMaxMount,1,&FreshEN,&TotalFreshEN)) //系统会在此处接收用户输入 { case 0: OSTaskClose(); //返回到父菜单 func_state=2; return 1; case 1: func_state=2; break; } } OS_index_data= myTaskPCB[OS_index_data].SubTaskList[menu_flag+flag]; //核心：通过菜单项改变OS_index_data，从而实现任务切换，见第三节 return 1; }
还有接收用户输入的函数
接收用户输入的函数
/* u8 UpdownListInputControl(u8 *Menuflag,u8 *ThisPageflag,u8 *TotolFlag,u8 *ThisPageMax) 功能：菜单输入控制方法，用于上下类型的菜单 参数：Menuflag，全页面标志计数器，ThisPageflag当前页面标志计数器，TotolFlag总页面条数，ThisPageMax当前页面最大数量,PromptEN：是否提示到目录头或者结尾 返回值：0：退出 1， 确认，2：仅仅选择了移动位置 */ u8 UpdownListInputControl(u8 *Menuflag,u8 *ThisPageflag,u8 TotolFlag,u8 ThisPageLRMax, u8 ThisPageUDMax,u8 PromptEN,u8 *FreshEN,u8* TotalFreshEN) { u8 LastMenuFlag=*Menuflag; u8 PromptFlag=0; u8 GyroKey=KEYNULL; *FreshEN=0; u8 myKey=KEYNULL; if(GyroControlEN==1) PromptEN=0; //当开启陀螺检测时，关闭提示 if(GyroControlEN==1&&back_light>1&&GyroMenuEN) { delay_ms(300-20*TotolFlag); L3G4200DReadData(); L3G4200DShowData(); delay_ms(300-20*TotolFlag); } else InputControl(); if(GyroMenuEN!=0) GyroKey=GyroKeyBoardInputMethod(0,1,300-30*ThisPageLRMax,300-20*ThisPageUDMax); if(GyroKey!=KEYNULL) myKey=GyroKey; else myKey=key_data; GyroKey=KEYNULL; switch(myKey) { case KEYENTER_UP : return 1; //break; case KEYUP_UP : if(*ThisPageflag>ThisPageLRMax) (*ThisPageflag)-=ThisPageLRMax; else {if(*Menuflag>ThisPageLRMax) (*Menuflag)-=ThisPageLRMax; else if(*ThisPageflag==1&&PromptEN) { PromptFlag=1; MessageGui("提示信息","已到目录开头",2); } //else //*ThisPageflag=1; } break; case KEYDOWN_UP : if(*ThisPageflag<=ThisPageLRMax*(ThisPageUDMax-1)&&*ThisPageflag+ThisPageLRMax<=TotolFlag) (*ThisPageflag)+=ThisPageLRMax; else {if(*Menuflag+*ThisPageflag-1<=TotolFlag-ThisPageLRMax) (*Menuflag)+=ThisPageLRMax; else { if(TotolFlag==*ThisPageflag&&PromptEN) { PromptFlag=1; MessageGui("提示信息","已到目录结尾",2); } //else //*ThisPageflag= TotolFlag-*Menuflag+1; } } break; case KEYLEFT_UP : if(*ThisPageflag>1) (*ThisPageflag)--; else {if(*Menuflag>1) (*Menuflag)--; else if(PromptEN) { MessageGui("提示信息","已到目录开头",2); PromptFlag=1; } } break; case KEYRIGHT_UP : if(*ThisPageflag<TotolFlag) (*ThisPageflag)++; else {if(*Menuflag+*ThisPageflag-1<TotolFlag) (*Menuflag)++; else if(PromptEN) { MessageGui("提示信息","已到目录结尾",2); PromptFlag=1; } } break; case KEYCANCEL_UP : return 0; } if(key_data!=KEYNULL) *FreshEN=1; if(LastMenuFlag==*Menuflag&&PromptFlag==0) *TotalFreshEN=0; else *TotalFreshEN=1; return 2; }
示意图如下：
3. 实现任务调度
我们介绍以下系统核心全局变量：
OS_index_data 当前需求的任务ID
OS_index_ago 执行的上一次任务ID
void *OS_func() 指向当前任务的函数指针
OS_func_state 控制任务内部状态的标记位，一旦该值赋值为0，则当前任务被强行退出。
整个系统表现为一个while循环，若任务已经全部执行完毕，则进入休眠。 而中断系统可以根据需求修改OS_index_data,同时可以将休眠的CPU唤醒并执行新的任务，当主流程发现要执行的任务和当前任务标号不同时，重新对函数指针赋值，并执行新功能。
while(1) { if(OS_index_ago!=OS_index_data) //若发现需要执行的任务与当前执行不同 { OS_index_ago=OS_index_data; // OS_func_state=0; //清空OS_func_state值 OS_func=myTaskPCB[OS_index_data].function; //执行函数指针赋值 } OS_func(); //执行函数功能 LPM3; //休眠 }
亦即，系统的执行流向由OS_index_data变量决定。可以修改该值的一般是中断服务或菜单服务。
三. 总结和问题
读者可能会发现，实现用户输入和菜单显示的函数实在是太复杂了，由于不同的屏幕尺寸和要求，会出现大量的常量定义，大量的临时变量和长长的形参表：在单片机上，我只能用纯c的结构完成代码，又不能实现太多的全局变量，因此只能通过大量的函数参数传递解决棘手的问题。所以可读性实在不高，请读者见谅，你可以只关心我的数据结构的实现。不过，看了一些嵌入式界面开发的公司写的实现代码，比我的可读性更差（晕。。。。）
有任何问题，欢迎随时交流。
作者：热情的沙漠
出处：http://www.cnblogs.com/buptzym/
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