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:

　　硬件综述: 自制的彩屏手持动作感应终端

　　软件综述:手持终端功能介绍

　　软件介绍(一):精简型嵌入式系统的菜单实现和任务切换　　

　　软件介绍(二):在2KB内存单片机上实现的彩屏GUI控件库

　　软件介绍(三):在2KB内存单片机上实现的俄罗斯方块

　　软件介绍(四):在2KB内存单片机上实现的超精简五子棋算法

　　软件介绍(五):在2KB内存的单片机上实现的T9中文输入法

　　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。

posted @ 2012-06-22 19:36 FerventDesert 阅读(7233) 评论(4) 编辑收藏举报

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沙漠之鹰

开发笔记，理解和思考

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

一. 综述和废话

二. 系统总体框架

三. 总结和问题

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