嵌入式led灯效驱动(easy_led)

简介

在嵌入式裸机开发中，经常有LED灯效控制的需求，GitHub上暂时没找到合适的项目，所以开发了一个LED灯效控制驱动。本项目地址：bobwenstudy/easy_led (github.com)。

嵌入式开发板上通常有1个或多个LED灯，经常会有LED灯效控制的需求，如控制LED1亮500ms，灭100ms，每隔10s闪烁5次；或者LED1和LED2交替闪烁，LED1亮300ms，LED2亮200ms，闪缩3次后结束等需求。一般都是开发人员自己临时写一些定时器，但是多少体验不是很好，通过本项目可以很好的实现这些管理需求。

代码结构

代码结构如下所示：

eled：驱动库，完成EasyLed管理。
example_user.c：跟随系统时间显示灯效（日志打印来测试）。
example_test.c：模拟一些场景的LED事件，对驱动进行测试。
main.c：程序主入口，配置进行测试模式函数用户交互模式。
build.mk 和Makefile：Makefile编译环境。
README.md：说明文档
test_timer.c：EasyLed所需的软件模拟定时器，实际项目改成自己项目的timer。

shell 复制代码

easy_led
 ├── eled
 │   ├── eled.c
 │   └── eled.h
 ├── build.mk
 ├── example_user.c
 └── example_test.c
 ├── main.c
 ├── Makefile
 ├── README.md
 ├── test_timer.h
 └── test_timer.c

使用说明

使用简易步骤

Step1：定义LED_ID、LED闪烁参数和LED数组。注意需要给每一个LED灯实例配置好定时器对象，每个LED灯需要一个定时器来管理其闪烁行为。

c 复制代码

typedef enum
{
    USER_LED_RED = 0,
    USER_LED_GREEN,
    USER_LED_BLUE,
    USER_LED_MAX,
} user_led_t;

/* User defined settings */
static const eled_led_param_t test_param_0 = ELED_PARAMS_INIT(200, 200, 5, 0, 0);
static const eled_led_param_t test_param_1 = ELED_PARAMS_INIT(800, 200, 3, 0, 0);
static const eled_led_param_t test_param_2 = ELED_PARAMS_INIT(1000, 2000, 0, 0, 0);


static void test_timer_timeout(void *arg)
{
    // printf("test_timer_timeout()\n");
    eled_process_next_state(arg);
}

static eled_led_t led_red;
static eled_led_t led_green;
static eled_led_t led_blue;

struct test_timer timer_red = {NULL, 0, &led_red, test_timer_timeout};
struct test_timer timer_green = {NULL, 0, &led_green, test_timer_timeout};
struct test_timer timer_blue = {NULL, 0, &led_blue, test_timer_timeout};

static eled_led_t led_red = ELED_LED_INIT(USER_LED_RED, &timer_red);
static eled_led_t led_green = ELED_LED_INIT(USER_LED_GREEN, &timer_green);
static eled_led_t led_blue = ELED_LED_INIT(USER_LED_BLUE, &timer_blue);

Step2：实现eled_start_timer()和eled_stop_timer()接口，考虑到LED业务场景，所有LED切换都用定时器来做，移植时需要对接自身的定时器。

c 复制代码

void eled_start_timer(struct eled_led *led, uint16_t time)
{
    struct test_timer *timer = led->timer_handle;

    // printf("eled_start_timer(), time: %d\n", time);
    test_timer_start(timer, time);
}

void eled_stop_timer(struct eled_led *led)
{
    struct test_timer *timer = led->timer_handle;
    // printf("eled_stop_timer()");
    test_timer_stop(timer);
}

Step3：初始化LED驱动，注册prv_led_set_state接口，用于用户层实现LED真实的点亮和关闭行为。

c 复制代码

eled_init(prv_led_set_state);

Step4：按需启动不同灯的不同闪烁参数。之后LED灯就会按照参数回调注册的prv_led_set_state()。

c 复制代码

eled_start(&led_red, &test_param_0);
eled_start(&led_green, &test_param_1);
eled_start(&led_blue, &test_param_2);

具体可以参考example_user.c和example_test.c的实现。

结构体说明

LED配置参数结构体说明-eled_led_param_t

LED每个灯效可以总结为如下参数。

名称	说明
time_active	LED亮持续时间
time_inactive	LED灭持续时间
blink_cnt	LED闪烁次数
time_repeat_delay	LED循环执行等待时间
is_repeat	LED灯效是否循环执行

c 复制代码

typedef struct eled_led_param
{
    uint16_t time_active; /*!< LED active time in milliseconds */

    uint16_t time_inactive; /*!< LED inactive time in milliseconds */

    uint16_t blink_cnt; /*!< Total blink cnt. */

    uint16_t time_repeat_delay; /*!< LED repeat delay time in milliseconds */

    uint8_t is_repeat; /*!< Need Repeat or not */
} eled_led_param_t;

LED控制结构体说明-eled_led_t

每个LED灯有一个管理结构体，用于管理该灯的灯效行为。

名称	说明
timer_handle	定时器对象，每个LED灯需要用一个定时器管理其行为
led_id	用于表示LED灯
blink_reserve_cnt	当前闪烁剩余次数
is_in_process	LED灯效是否正在执行
state	当前LED灯的亮灭状态
param	LED灯效时间参数，指向eled_led_param_t，可以绑定不同灯效行为

c 复制代码

typedef struct eled_led
{
    void *timer_handle; /*!< User for timer manager */

    uint16_t led_id; /*!< Current process led id */

    uint8_t blink_reserve_cnt; /*!< Current led blink reserve cnt */
    uint8_t is_in_process : 4; /*!< is in process */
    uint8_t state : 4;         /*!< Current led state */

    eled_led_param_t param;
} eled_led_t;

LED驱动管理结构体-eled_t

LED驱动需要管理LED灯设置状态回调接口。

名称	说明
set_state_fn	LED灯状态设置的回调接口

c 复制代码

typedef struct eled
{
    eled_set_state_fn set_state_fn; /*!< Pointer to set state function */
} eled_t;

操作API

核心API

主要的就是初始化和运行停止接口。

c 复制代码

int eled_init(eled_set_state_fn set_state_fn);
void eled_process_next_state(eled_led_t *led);
void eled_stop(eled_led_t *led);
void eled_start(eled_led_t *led, const eled_led_param_t *param);

其他API

一些工具函数，按需使用。

c 复制代码

int eled_is_led_in_process(const eled_led_t *led);

移植定时器实现API

LED灯效驱动是靠定时器实现，移植时需要实现eled_start_timer()和eled_stop_timer()接口，行为可以参考example来处理。

c 复制代码

extern void eled_start_timer(struct eled_led *led, uint16_t time);
extern void eled_stop_timer(struct eled_led *led);

LED灯效核心处理逻辑说明

LED灯本身只有开关两种状态，但是实际项目中经常会加入时间和周期信息。对LED行为进行抽象，可以简化出eled_led_param_t里的这些参数出来。

LED闪烁

一般LED灯的灯效控制就是控制其闪烁，如下图所示就是blink_cnt=1(闪烁2次)的效果。

如下图所示，是绿灯闪烁2次的效果。灯效参数为ELED_PARAMS_INIT(100, 200, 1, 0, 0)。

LED周期闪烁

LED灯效经常需要循环工作，循环启动会有一个time_repeat_delay延迟，如下图所示就是is_repeat=1 and blink_cnt=2(周期闪烁2次)的效果。

下面显示了在测试下的绿灯周期闪烁2次的效果。灯效参数为ELED_PARAMS_INIT(200, 300, 1, 1000, 1)。

组合灯效场景

其实只要同时启动2个灯的灯效，并且将参数配置合理的值即可。

测试说明

环境搭建

目前测试暂时只支持Windows编译，最终生成exe，可以直接在PC上跑。

目前需要安装如下环境：

GCC环境，笔者用的msys64+mingw，用于编译生成exe，参考这个文章安装即可。Win7下msys64安装mingw工具链 - Milton - 博客园 (cnblogs.com)。

编译说明

本项目都是由makefile组织编译的，编译整个项目只需要执行make all即可。

也就是可以通过如下指令来编译工程：

shell 复制代码

make all

而后运行执行make run即可运行例程，例程默认运行测试例程，覆盖绝大多数场景，从结果上看测试通过。

shell 复制代码

PS D:\workspace\github\easy_led> make run
Compiling  : "example_test.c"
Linking    : "output/main.exe"
Building   : "output/main.exe"
Start Build Image.
objcopy -v -O binary output/main.exe output/main.bin
copy from `output/main.exe' [pei-i386] to `output/main.bin' [binary]
objdump --source --all-headers --demangle --line-numbers --wide output/main.exe > output/main.lst
Print Size
   text    data     bss     dec     hex filename
  41864    3260    2644   47768    ba98 output/main.exe
./output/main.exe
Test running
[      0][     0] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[    100][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
Testing test_events_single ................................................. pass
Testing test_events_single_on_zero ......................................... pass
Testing test_events_single_off_zero ........................................ pass
[      0][     0] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[    100][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   1300][  1200] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[   1400][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   2600][  1200] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[   2700][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   3900][  1200] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[   4000][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   5200][  1200] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[   5300][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   6500][  1200] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[   6600][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   7800][  1200] ID(hex):   0, state: ON, reserve-cnt:   0
[   7900][   100] ID(hex):   0, state: OFF, reserve-cnt:   0
Testing test_events_single_repeat .......................................... pass
[      0][     0] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   1
[    100][   100] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   1
[    300][   200] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   0
[    400][   100] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   0
Testing test_events_blink .................................................. pass
Testing test_events_blink_on_zero .......................................... pass
Testing test_events_blink_off_zero ......................................... pass
[      0][     0] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   1
[    200][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   1
[    500][   300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   0
[    700][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   2000][  1300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   1
[   2200][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   1
[   2500][   300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   0
[   2700][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   4000][  1300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   1
[   4200][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   1
[   4500][   300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   0
[   4700][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   6000][  1300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   1
[   6200][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   1
[   6500][   300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   0
[   6700][   200] ID(hex):   1, state: OFF, reserve-cnt:   0
[   8000][  1300] ID(hex):   1, state: ON, reserve-cnt:   1
Testing test_events_blink_repeat ........................................... pass
Executing 'run: all' complete!