ARM32开发--GPIO--LED驱动开发

薛慕昭2024-06-08 10:21

知不足而奋进 望远山而前行

目录

文章目录

前言

目标

内容

需求介绍

现实问题

需求分析

测试案例构建

BSP驱动构建

接口定义

业务实现

总结

前言

前言：

在这个快节奏的开发环境中，面对紧迫的项目截止日期和有限的资源，我们作为软件工程师需要具备快速解决问题的能力。本项目要求我们设计一个基于STM32的BSP驱动，以实现一个智能充电状态显示系统，该系统通过四个LED灯来展示充电状态和电量百分比。尽管在产品最终的电路板还未完成的情况下，我们只有开发板可以使用，但我们仍然面临着快速完成这个任务的压力。

在这个过程中，我们将采用模块化的方法来编写代码，以确保其可读性和可维护性。我们将定义一系列接口，以便其他开发者在将来可以轻松地与我们的驱动代码集成。我们还将在设计中考虑时间管理和延时问题，以确保LED灯的闪烁效果能够准确地反映充电状态。

目标

  1. 能够理解bsp开发
  2. 能够基于需求进行bsp驱动封装

内容

需求介绍

开发版中有4个灯，现在需要用4个灯显示充电情况：

  1. 开始充电时，需要呈现出流水灯闪烁
  2. 4盏灯表示当前的电量
  3. 充电流水灯起始位置是当前电量，全部点亮后，再次从当前电量位置进入流水灯效果
  4. 结束充电时，关闭充电显示，当前电量进行闪烁3次，然后熄灭。

现实问题

  1. 产品最终电路板还没画好，目前只有产品所使用的芯片对应的开发板。
  2. ADC功能是别人开发，还没完成。
  3. 老板要求，如果开发板好了，要尽快完成工作。

需求分析

要啥没啥，还得尽快完成。盘点手头有的东西，开发板。构建测试案例逻辑，方便后续移植。

测试案例设计：

  1. 准备工作，4个灯，3个按钮
  2. 按钮1按下时，模拟开始充电
  3. 按钮2按下时，模拟停止充电
  4. 按钮3按下时，模拟电量增加。

如果测试方案通过，基本上功能完成，那么后续其他人工作完成后，只需要对接以下逻辑：

  1. 灯对应的引脚和最终设计的电路板引脚进行校准
  2. 开始充电
  3. 电量变化时，更新电量
  4. 结束充电

编码实现分析：

  1. 需要把4个灯作为一个业务逻辑整体，完成一套关于电池电量显示的驱动
  2. 需要抽象出业务逻辑，转换为函数实现

测试案例构建

  • PC0作为：开始按钮
  • PC1作为：停止按钮
  • PC2作为：电量更新按钮

按钮逻辑构建

static void GPIO_config(){	
	// PD0	开始充电
	// PD1 	结束充电
	// PD5	电量变化
	// rcu时钟
	rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
	// 配置GPIO模式
	gpio_mode_set(GPIOD,GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_5);	
}


int main(void) {

	// 系统滴答定时器初始化
	systick_config();
	// GPIO初始化
	GPIO_config();

	// LED初始化
	Battery_led_init();

	FlagStatus pre_state0 = SET;// 默认高电平抬起
	FlagStatus pre_state1 = SET;// 默认高电平抬起
	FlagStatus pre_state2 = SET;// 默认高电平抬起
	uint32_t cnt = 0;
	uint8_t power = 1;
	while(1) {
		// PC0
		FlagStatus state0 = gpio_input_bit_get(GPIOC, GPIO_PIN_0);
		if (state0 != pre_state0){
			if(state0 == RESET){   // 当前低电平, 上一次为高电平，按下
				Battery_led_start(power);
			}
			pre_state0 = state0;	
		}
		// PC1
		FlagStatus state1 = gpio_input_bit_get(GPIOC, GPIO_PIN_1);
		if (state1 != pre_state1){
			if(state1 == RESET){   // 当前低电平, 上一次为高电平，按下
				Battery_led_stop();
			}
			pre_state1 = state1;	
		}
		// PC2
		FlagStatus state2 = gpio_input_bit_get(GPIOC, GPIO_PIN_2);
		if (state2 != pre_state2){
			if(state2 == RESET){   // 当前低电平, 上一次为高电平，按下
				//				Battery_led_turn_off(LED1);
				Battery_led_update(++power);
			}
			pre_state2 = state2;	
		}

		// 间隔50个10ms = 500ms执行一次led的状态更新
		if(++cnt % 50 == 0){
			Battery_led_loop();
		}

		delay_1ms(10);
	}

}
BSP驱动构建
接口定义

  1. 驱动初始化，属于标配

  2. 业务相关的操作行为抽象化

  3. 时序问题

    void Battery_led_int();

具体的业务抽象行为

void Battery_led_start(uint8_t power);

void Battery_led_stop();

void Battery_led_update(uint8_t power);

在涉及到需要控制时间的问题时，我们通常有以下做法：

  1. 自己主动调用 delay来进行延时
  2. 使用统一的延时，到达自己的时间点就去执行

自己调用delay 不利于后续的移植。

采用统一时钟，方便移植，也方便时间片统一调度管理

业务实现

  1. 采用bsp独立驱动进行开发

  2. 状态管理，通过status记录当前状态。

  3. 电量记录，记录当前电量。

  4. 充电闪烁计数，记录当前的闪烁的值。

    #ifndef BSP_BATTERY_LED_H
    #define BSP_BATTERY_LED_H

    #include "gd32f4xx.h"

    #define LED1 1
    #define LED2 2
    #define LED3 3
    #define LED4 4

    void Battery_led_init();

    void Battery_led_turn_on(uint8_t led_index);

    void Battery_led_turn_off(uint8_t led_index);

    void Battery_led_turn(uint8_t led_index, uint8_t value);

    void Battery_led_start(uint8_t power);

    void Battery_led_loop();

    void Battery_led_update(uint8_t power);

    void Battery_led_stop();

    #endif

    #include "bsp_battery_led.h"
    #include "systick.h"

    // 声明gpio初始化所需参数的结构体
    typedef struct {
    rcu_periph_enum rcu;
    uint32_t port;
    uint32_t pin;
    } Led_GPIO_t;

    // 声明所有gpio对应参数的数组
    Led_GPIO_t g_gpio_list[] = {
    {RCU_GPIOC, GPIOC, GPIO_PIN_6}, // LED_SW
    {RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_8}, // LED1
    {RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_9}, // LED2
    {RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_10}, // LED3
    {RCU_GPIOD, GPIOD, GPIO_PIN_11}, // LED4
    };

    // 用于计算数组长度的宏
    #define MAX_LED_COUNT (sizeof(g_gpio_list) / sizeof(Led_GPIO_t))

    /**********************************************************

    • @brief LED GPIO初始化
      **********************************************************/
      static void GPIO_config(rcu_periph_enum rcu, uint32_t port, uint32_t pin) {
      // 初始化为推挽输出模式
      rcu_periph_clock_enable(rcu);
      gpio_mode_set(port, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, pin);
      gpio_output_options_set(port, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_MAX, pin);
      }

    void Battery_led_init() {

    uint8_t count = MAX_LED_COUNT;
    for(uint8_t i = 0; i < count; i++) {
    Led_GPIO_t gpio = g_gpio_list[i];
    // 初始化
    GPIO_config(gpio.rcu,gpio.port, gpio.pin);
    // 默认全部拉高(关闭)
    gpio_bit_write(gpio.port, gpio.pin, SET);
    }

    // 总开关拉低(打开)
    gpio_bit_write(g_gpio_list[0].port, g_gpio_list[0].pin, RESET);
    }

    // 开灯
    void Battery_led_turn_on(uint8_t led_index) {
    Led_GPIO_t gpio = g_gpio_list[led_index];
    gpio_bit_write(gpio.port, gpio.pin, RESET);
    }

    // 关灯
    void Battery_led_turn_off(uint8_t led_index) {
    Led_GPIO_t gpio = g_gpio_list[led_index];
    gpio_bit_write(gpio.port, gpio.pin, SET);
    }

    /**********************************************************

    • @brief 设置灯亮灭
    • @param led_index LED索引
    • @param value 0亮，其他灭
    • @return
      **********************************************************/
      void Battery_led_turn(uint8_t led_index, uint8_t value) {
      Led_GPIO_t gpio = g_gpio_list[led_index];
      gpio_bit_write(gpio.port, gpio.pin, value ? RESET : SET);
      }

    int state = 0; // 0:停止， 1:充电中
    uint8_t current_power = 0;
    uint8_t show_power = 0;
    /**********************************************************

    • @brief 开始充电流水灯
    • @param 当前电量[0,1,2,3,4]
      **********************************************************/
      void Battery_led_start(uint8_t power) {

    current_power = power;
    show_power = current_power;

    state = 1;
    }

    void Battery_led_loop() {

    if(state == 0) {
    Battery_led_turn_off(LED1);
    Battery_led_turn_off(LED2);
    Battery_led_turn_off(LED3);
    Battery_led_turn_off(LED4);
    } else if(state == 1) {
    Battery_led_turn(LED1, show_power >= 1);
    Battery_led_turn(LED2, show_power >= 2);
    Battery_led_turn(LED3, show_power >= 3);
    Battery_led_turn(LED4, show_power >= 4);
    if(++show_power > 4) show_power = current_power;
    }
    }

    void Battery_led_update(uint8_t power) {
    current_power = power;
    }

    void Battery_led_stop() {
    // 当前电量闪三次
    for( uint8_t i = 0; i < 3; i++) {
    // 关闭所有灯
    Battery_led_turn_off(LED1);
    Battery_led_turn_off(LED2);
    Battery_led_turn_off(LED3);
    Battery_led_turn_off(LED4);
    delay_1ms(200);
    // 根据当前电量闪灯
    Battery_led_turn(LED1, current_power >= 1);
    Battery_led_turn(LED2, current_power >= 2);
    Battery_led_turn(LED3, current_power >= 3);
    Battery_led_turn(LED4, current_power >= 4);
    delay_1ms(200);
    }

    state = 0;
    }

总结

在本文中，我们详细介绍了如何在资源有限的情况下设计一个BSP驱动来控制四个LED灯，以展示充电状态和电量百分比。我们首先定义了接口和驱动初始化函数，然后实现了业务逻辑，包括开始充电、更新电量、停止充电和LED灯闪烁。我们还设计了测试案例来验证我们的驱动功能是否按照预期工作。

通过采用模块化设计，我们能够确保代码的可复用性和可移植性。尽管在产品最终电路板还未完成的情况下，我们只有开发板可以使用，但我们通过创新的方法和细致的规划，成功地解决了这一挑战。我们相信，通过遵循这些最佳实践，我们能够在未来的项目中更加高效地工作，并为我们的团队和公司创造更大的价值。

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