【《激光测距系统的硬件和软件设计案例》15000字】

[32]：中断关联性：与中断服务程序（ISR）相关的任务需要安排更高的优先级。紧迫性：需要在规定时间内完成的任务具有很强的时间关联性，这类任务的紧迫性高。这类任务的优先级根据任务的紧迫程度来安排，越紧迫的任务其优先级也要越高，通常而言，紧迫性高的任务也具有中断关联性。关键性：关键性越高的任务会有更高优先级，保证关键性更高的任务能够执行。频繁性：周期越短的任务频繁性更高，其优先级也要更高，保证任务及时执行。快捷性：在前面任务类型相近的情况下，为缩短任务延时时间，快捷性跟高的任务会有更高优先级。传递性：信息前端任务的优先级比后端任务的优先级要更高，以此保证信息能够及时更新。2.6.2应用程序设计完成底层硬件驱动的编写、文件系统移植、FreeRTOS操作系统移植等准备工作后，先对其进行测试，能够正常运行后就可以开始编写系统的主体应用程序了。根据上文所述先对激光测距系统进行功能划分，激光测距系统需要实现的主要功能有：激光测距传感器的数据接收功能、处理数据功能、显示数据功能、保存数据功能以及按键处理功能等。根据这些功能可以划分成6个任务和2个中断。4个任务分别是：串口接收任务、串口发送任务、处理数据任务、显示界面任务、文件操作任务和按键操作任务；2个中断分别是串口收发触发的中断和按键扫描定时中断。根据上文按照任务类型的原则分析任务特性：串口间任务中断关联性高，且串口任务的紧迫性和关键性也要更高，其中，串口接收任务的传递性高于串口发送任务；其次数据处理任务、显示界面任务和按键操作任务的关键性、紧迫性相近，但由于数据处理任务需要有更高的快捷性，且数据计算量适中，其优先级可放在显示界面任务和按键操作任务之前。如此用户任务的优先级设置如REF_Ref71921776图4-22所示：表4-SEQ表4_-\*ARABIC9优先级设置任务优先级串口接收任务4串口发送任务6数据处理任务8显示界面任务10按键操作任务12文件操作任务14激光测距系统的用户任务应用程序设计图如REF_Ref71921930图4-23所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC23用户应用程序设计2.6.3设计全局变量通过使用全局变量的方式进行数据传递以达到数据共享的功能是实现数据“同步“的一种很便捷的手段，尤其是在裸机状态下。全局变量存在于整个文件中，任何一个C文件或者函数都可以轻易调用全局变量进行读写的操作。本激光测距系统中串口接收任务、串口发送任务、处理数据任务、显示界面任务、文件操作任务和按键操作任务都使用了全局变量进行数据共享。2.6.4任务间的通信任务间可以通过上小节使用全局变量进行“同步“数据的方式进行通信，然而，使用全局变量不可避免会带来许多缺点，比如影响了函数的封装性、降低代码的移植性、降低代码的可读性等等，在FreeRTOS操作系统实现任务间的通信的方式可以有信号量、消息队列、事件标志组和任务通知，以此降低过多使用全局变量带来的不良影响。在本激光测距系统的设计中，除了使用全局变量外，还使用信号量和消息队列进行通信。其中消息队列主要用于传递数据，进行数据间的通信；信号量用于实现任务和任务之间以及任务和中断之间的同步，本激光测距系统采用二值信号量实现同步功能。二值信号量可以看成布尔类型值，无论信息的值为多少，队列无消息为0，否则为1。二值信号用作同步功能时，信号量创建后无消息，任务获取信号量0进入阻塞态，只有在释放了信号量之后，任务才能够获取到信号量1进入就绪态，以此达到任务和任务、任务和中断间的同步。信号量释放的方式可以通过任务或者中断触发。串口接收任务：等待串口中断产生的二值信号量，没有信号量时，任务处于阻塞态，当信号量可用时，任务从阻塞态进入就绪态等待任务调度器调度，进入运行态后从激光传感器的串口获取测距数据，同步到全局变量中，然后释放二值信号量给数据处理任务通知进行数据处理；串口发送任务：等待按键操作任务产生的二值信号量，没有信号量时，任务处于阻塞态，当信号量可用时，任务从阻塞态进入就绪态等待任务调度器调度，进入运行态后向激光传感器的串口发送命令指令；数据处理任务：等待串口接收任务产生的二值信号量，没有信号量时，任务处于阻塞态，当信号量可用时，任务从阻塞态进入就绪态等待任务调度器调度，进入运行态后从全局变量中获取数据并处理，处理完数据后将数据同步到全局变量中，并释放二值信号量给界面显示任务通知更新屏幕；界面显示任务：等待数据处理任务、按键操作任务、文件操作任务产生的二值信号量，没有信号量时，任务处于阻塞态，当信号量可用时，任务从阻塞态进入就绪态等待任务调度器调度，进入运行态后更新屏幕；按键操作任务：等待按键中断产生的信号量，没有信号量时，任务处于阻塞态，当信号量可用时，任务从阻塞态进入就绪态等待任务调度器调度，进入运行态后从全局变量中获取按键的状态，然后将对应按键状态的键值通过消息队列发送数据给其它任务，释放二值信号量通知其它任务运行；文件操作任务：等待按键操作任务产生的信号量，没有信号量时，任务处于阻塞态，当信号量可用时，任务从阻塞态进入就绪态等待任务调度器调度，进入运行态后从全局变量中获取要保存的数据，执行相关的文件操作，然后释放信号量通知界面显示任务更新屏幕。2.6.5串口中断串口中断是CPU串口接收到数据时触发中断，当串口中断发生时释放二值信号量给串口接收任务。串口中断的流程图如REF_Ref71921978图4-24所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC24串口中断流程图

2.6.6按键中断按键中断是定时器中断，每20ms扫描按键的状态，通过前文所述的有限状态机的方法去判断按键按下的状态，并将对应的键值同步到全局变量里，并释放二值信号量给按键操作任务。按键中断的流程图如REF_Ref71922008图4-25所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC25按键中断流程图

2.6.7串口接收任务串口接收任务的功能是实现接收从激光测距传感器发送过来的有效数据。串口接收任务的流程图如REF_Ref71922047图4-26所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC26串口接收任务流程图

2.6.8串口发送任务串口发送任务的功能是通过串口发送激光测距传感器命令来控制激光测距传感器工作。串口发送任务的流程图如REF_Ref71922081图4-27所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC27串口发送任务流程图

2.6.9处理数据任务处理数据任务的功能是实现对激光测距传感器的数据进行解析，并根据选择的功能进行相应的数据处理。处理数据任务的流程图如REF_Ref71922120图4-28所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC28处理数据任务流程图2.6.10显示界面任务显示界面任务的功能主要是显示测量结果以及人机交互动作，比如按键操作和文件操作所带来的界面迁移等。显示界面任务的流程图如REF_Ref71922156图4-29所示：图4-SEQ图4_-\*ARABIC29界面显示任务流程图

2.6.11按键操作任务按键操作任务的功能主要是完成功能选择、参数设置等操作。按键操作任务的流程图如REF_Ref71922189图4-