STM32F103产品级开源项目:iLook.Time设计解读
时间：2020-09-08 02:08:34
[导读]一、iLook项目的历程： 2013年开始设计iTrack+yeelink，由于各种原因，该项目夭折。 2014年年初开始提出面向产品的开源平台：iLook 2015年5月发起iLook.爱路客 2015年8月发起iLook.Time并开源 iLook它大概就长下面这个样子： 二、iLook平台规格及硬件简介： O
一、iLook项目的历程：
-
2013年开始设计iTrack+yeelink，由于各种原因，该项目夭折。 -
2014年年初开始提出面向产品的开源平台：iLook -
2015年5月发起iLook.爱路客 -
2015年8月发起iLook.Time并开源
iLook它大概就长下面这个样子：
二、iLook平台规格及硬件简介：
-
OLED 128X32显示屏幕 -
采用ARM STM32F103平台 -
传感器：BMA250(三轴加速度传感器),BMP280(气压温度传感器),HMC5883(地磁传感器) -
GPS+内置天线 -
其他硬件：spi flash 8~16Mbytes, ds1302, 700mA高温锂离子电池
三、iLook软件功能相关
看到网上一些iLook的说明书，最后大致判断有以下这几个界面：
接下来我们就来一步步揭开上面所列功能的面纱:
1、主程序框架
分析任何一个项目，都是从main.c的main函数开始，从头到尾把握整个程序的框架，接下来咱们再去了解细节功能，以下是main函数的实现，在这里我顺便再多注释下代码的含义：
int main(void)
{
uint8_t *logo_ptr;
int logo_width, logo_height;
GPIO_Config();
//开机上电，判断是否低电压，如果是则关机，这一步非常重要，这是产品级必备的功能。
PowerMonitorTask_Init();
//判断电压是否小于3.4V，如果是则关机
if( gPowerSt.BatteryVol < 3.4 )
{
LCM_PWR_OFF();
GPS_PwrOff();
DEV_PWR_OFF();
myPWR_EnterPowrOff();
}
//ARM初始化
UART1_Configuration();
EXTI_Configuration();
NVIC_Configuration();
I2C_Config();
//这个延时主要是让上面的硬件配置稳定
delay_us(2000);
//Qst初始化
SysTick_Init();
QstMonitor_Init();
//驱动初始化
spiflash_init();
//加载文件系统,并获取系统配置
disc_mount();
ilook_cfg_load(); //获取配置文件
//任务初始化
RealTime_Init(); //这个必须最先启动
UsbMonitorTask_Init();
DisplayTask_Init();
//开机显示
QstCtrl(&DisplayTskInfo, DISPLAY_PWR_ON);
//加载系统LOGO
if( (logo_ptr = load_logo(&logo_width, &logo_height)) != 0 )
{
Glph_DrawBitmap(0, 0, BMP_FILE | BIT_MAP_REVERSE, logo_width, logo_height, logo_ptr);
}
else
{
Glph_Print(0, 0, MS_GOTHIC_8X16, (char*)prj_info);
Glph_Print(0, 24, ASCII_5X7, (char*)prj_version);
}
//开机显示
while(TimeOutCheck_Sec(iLookCfg.T_LogoDisplay) == 0)
{
//显示LOGO
DisplayTask();
//如果两秒内松开按键，则关机
//检查POWER键是否有效，上面这个两秒内松开则关机处理的非常好，因为产品嘛，存在用户不小心勿触的情况。
if( TimeOutCheck_Sec(1) == 0 )
{
if( GPIO_ReadInputDataBit(WKUP_KEY, WKUP_KEY_PIN) == 0 )
{
LCM_PWR_OFF();
GPS_PwrOff();
DEV_PWR_OFF();
myPWR_EnterPowrOff();
}
}
}
ClrScreen();
LED_OFF();
//启动系统
KeyTask_Init();
sys_log_write("POWER ON", "OK");
UiTask_Init();
while(1)
{
//产生计数，以便后面的任务获取执行时间间隔
QstMonitor();
//主要是电源管理，读电量以及检测是否为充电模式
PowerMonitorTask();
//主要是控制USB状态的切换：打开、关闭、检测是否连接、挂载与解除挂在文件系统
if( UsbMonitorTask() == 1 )
continue;
//实时时钟任务，主要用于实时显示DS1302的时间(年月日，时分秒)
RealTime_Task();
//显示任务，主要是处理显示器的电源开关、休眠唤醒、亮度设置的状态切换
DisplayTask();
//UI任务处理
UiTask();
}
}2、QST管理状态机任务系统
QST管理状态机是整个工程的核心，接下来我们来了解下QST管理状态机主要在工程代码的task.h和task.c里实现，核心结构体：
typedef struct _TASK_CTRL_INFO
{
unsigned char Ctrl; //任务命令输入，第8位必须是1。TASK_CMD|New State
unsigned char State; //任务当前状态
unsigned long TickMsk; //任务时间戳
unsigned long TickGap; //任务时间间隔
unsigned int MsgFlg; //任务新信息标志位
unsigned char *Msg; //任务信息指针
char (*Process)(void); //任务函数指针
} TASK_CTRL_INFO;
相应的，task.h定义了外部可访问结构体成员的方法以及状态的设置切换：
/* QST进程管理系统定义 */
#define TASK_CMD 0x80 //任务标志
#define TASK_MSG_NULL 0x00 //无信息
#define TASK_MSG_ST_CHANGE 0x80 //状态切换信息
//任务信息处理
void QstMsgClr( TASK_CTRL_INFO *tsk );
unsigned char QstGetMsgState( TASK_CTRL_INFO *tsk );
unsigned char *QstGetMsg( TASK_CTRL_INFO *tsk );
//任务状态机控制
void QstCtrl( TASK_CTRL_INFO *tsk, unsigned char ctrl );
//任务状态机跳转
void QstEnter( TASK_CTRL_INFO *tsk, unsigned char st );
//获取外部控制命令
unsigned char QstGetCmd( TASK_CTRL_INFO *tsk );
//获取任务状态
unsigned char QstGetState( TASK_CTRL_INFO *tsk );
//复位任务计时器
void QstRestTskTick( TASK_CTRL_INFO *tsk );
//QST看守进程
void QstMonitor_Init(void);
void QstMonitor(void);
//任务公有状态定义
#define T_NULL 0x00 //空状态
#define T_PWR_ON 0x01 //任务打开状态
#define T_PWR_OFF 0x70 //任务关闭状态
#define T_HW_ERR 0x71 //任务相关硬件错误状态
/*---------------------------------------------------------------------*/
/* 项目所涉及的TASK声明全部放到这里 */
extern TASK_CTRL_INFO UiTskInfo; //系统顶层任务
extern TASK_CTRL_INFO CompassTskInfo; //指南针驱动任务
extern TASK_CTRL_INFO DisplayTskInfo; //显示驱动任务
extern TASK_CTRL_INFO gSensorTskInfo; //加速度传感器驱动任务
extern TASK_CTRL_INFO GpsTskInfo; //GPS驱动任务
extern TASK_CTRL_INFO PowerTskInfo; //电源管理任务
extern TASK_CTRL_INFO BaroTskInfo; //气压传感器任务
/*---------------------------------------------------------------------*/
遗憾的是，iLook.Time仅仅开源了代码框架以及部分任务的实现，这里面主要实现了系统顶层任务、显示驱动任务、电源管理任务，剩下的几个在代码里都没有实现，不过这不影响我们继续学习作者的设计思想。
关于task.c代码注释的非常详细，主要是实现了用户可设置和访问的任务的成员的接口，最精华的地方就是每个任务的时间间隔以及时间戳的处理，这部分将是这份代码最重要的地方。
/**
******************************************************************************
* @file task.c
* @author SZQVC
* @version V1.0.0
* @date 2015.2.14
* @brief 灯塔计划.海啸项目 (QQ：49370295)
* QST前后台进程管理系统
******************************************************************************
* @attention *
* *
* <h2><center>© COPYRIGHT 2015 SZQVC</center></h2> *
* *
* 文件版权归“深圳权成安视科技有限公司”(简称SZQVC）所有。*
* *
* http://www.szqvc.com *
* *
******************************************************************************
**/
#include "stm32f10x.h"
#include "sys_tick.h"
#include "task.h"
/* define */
struct _QST_STATE
{
uint32_t mloop_per_sec;
} Qst;
/* public */
/* extern */
/* private */
static unsigned long mon_task_tick, mon_task_loop_cnt;
/*******************************************************************************
* Function Name : TaskCtrl
* Description : 任务状态切换
* Input : - tsk: 任务结构指针
* - ctrl: 切换到什么状态
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void QstCtrl(TASK_CTRL_INFO *tsk, unsigned char ctrl)
{
tsk->Ctrl = ctrl | TASK_CMD;
tsk->TickMsk = GetSysTick_ms(); //记录进入该状态的时间标签
//立即执行一次任务
if( tsk->Process != 0x0 )
tsk->Process();
}
/*******************************************************************************
* Function Name : TaskEnter
* Description : 任务状态跳转
* Input : - tsk: 任务结构指针
* - st: 任务直接进入到什么状态
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void QstEnter( TASK_CTRL_INFO *tsk, unsigned char st )
{
tsk->MsgFlg = TASK_MSG_ST_CHANGE; //进入新的状态，信息应该被更新
tsk->State = st; //设定状态
tsk->TickMsk = GetSysTick_ms(); //记录进入该状态的时间标签
}
/*******************************************************************************
* Function Name : QstRestTaskTick
* Description : 复位任务计数器
* Input : - tsk: 任务结构指针
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void QstRestTskTick( TASK_CTRL_INFO *tsk )
{
tsk->TickMsk = GetSysTick_ms(); //记录进入该状态的时间标签
}
/*******************************************************************************
* Function Name : QstGetCmd
* Description : 获取任务控制命令
* Input : - tsk: 任务结构指针
* Output : T_NULL or Command
* Return : None
*******************************************************************************/
unsigned char QstGetCmd( TASK_CTRL_INFO *tsk )
{
if( tsk->Ctrl & TASK_CMD )
{
tsk->Ctrl &= ~TASK_CMD;
return tsk->Ctrl;
}
else
return T_NULL;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : QstGetState
* Description : 获取任务状态
* Input : - tsk: 任务结构指针
* Output : Task state
* Return : None
*******************************************************************************/
unsigned char QstGetState( TASK_CTRL_INFO *tsk )
{
return tsk->State;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : QstGetMsg
* Description : 获取任务信息指针
* Input : - tsk: 任务结构指针
* Output : 输出任务信息指针
* Return : None
*******************************************************************************/
unsigned char *QstGetMsg( TASK_CTRL_INFO *tsk )
{
return tsk->Msg;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : QstGetMsgState
* Description : 获取任务信息标志
* Input : - tsk: 任务结构指针
* Output : 0 没有信息
* Return : None
*******************************************************************************/
unsigned char QstGetMsgState( TASK_CTRL_INFO *tsk )
{
return tsk->MsgFlg;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : QstMsgClr
* Description : 清除任务信息
* Input : - tsk: 任务结构指针
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void QstMsgClr( TASK_CTRL_INFO *tsk )
{
tsk->MsgFlg = TASK_MSG_NULL;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : TaskMonitor
* Description : 主循环每秒执行次数，任务信息监视任务.
* Input : -
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void QstMonitor_Init(void)
{
mon_task_tick = 0;
}
void QstMonitor(void)
{
//主循环速度
if( GetSysTick_ms() > mon_task_tick + 1000 )
{
mon_task_tick = GetSysTick_ms();
Qst.mloop_per_sec = mon_task_loop_cnt;
mon_task_loop_cnt = 0;
}
else
{
mon_task_loop_cnt++;
}
//
}
/*************************** (C) COPYRIGHT SZQVC ******************************/
/* END OF FILE */
/******************************************************************************/
这里GetSysTick_ms其实是获取了系统定时器时钟，作者将系统定时器配置为1ms中断一次，主要实现在sys_tick.h和sys_tich.c中：
sys_tick.h 提供了初始化以及设置/获取系统时钟的相关接口
/***********************************************************************/
/* SZQVC.Lighthouse */
/* www.szqvc.com */
/***********************************************************************/
#ifndef __SYS_TICK_H
#define __SYS_TICK_H
void SysTick_Ctrl(uint16_t cmd);
void SysTick_Init(void);
uint32_t GetSysTick_ms(void);
uint32_t GetSysTick_Sec(void);
void MarkSysTick_ms(uint32_t *t);
void MarkSysTick_Sec(uint32_t *t);
char TimeOutCheck_Sec(uint32_t i);
char TimeOutCheck_ms(uint32_t i);
void delay_ms(uint32_t i);
void delay_us(uint32_t i);
#endif
/*********************** (C) COPYRIGHT SZQVC **************************/
/* END OF FILE */
/**********************************************************************/
sys_tick.c 实现了初始化以及设置/获取系统时钟的相关接口
/**
******************************************************************************
* @file sys_tick.c
* @author SZQVC
* @version V1.0.0
* @date 2015.2.14
* @brief 灯塔计划.海啸项目 (QQ：49370295)
* system tick,与CPU相关
******************************************************************************
* @attention *
* *
* <h2><center>© COPYRIGHT 2015 SZQVC</center></h2> *
* *
* 文件版权归“深圳权成安视科技有限公司”(简称SZQVC）所有。*
* *
* http://www.szqvc.com *
* *
******************************************************************************
**/
#include "stm32f10x.h"
#include "sys_tick.h"
/* define */
struct _SYS_TICK_TYPE
{
uint32_t ms;
uint32_t ten_ms;
uint32_t Sec;
} systick;
#define us 12 //@72MHz
/* public */
/* extern */
/* private */
/*******************************************************************************
* Function Name : SysTick_Init
* Description : 系统定时器时钟初始化
* Input : None
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SysTick_Init(void)
{
systick.ms = 0;
systick.Sec = 0;
SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); //1ms中断一次
}
/*******************************************************************************
* Function Name : SysTick_Ctrl
* Description : 系统定时器时钟ENABLE/DISABLE
* Input : ENABLE/DISABLE
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void SysTick_Ctrl(uint16_t cmd)
{
if( cmd == ENABLE )
{
SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
else if( cmd == DISABLE)
{
SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name : SysTick_Handler
* Description : 系统定时器中断
* Input : None
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
extern void KeyTask(void);
void SysTick_Handler(void)
{
systick.ms++;
if(systick.ms % 1000 == 0)
systick.Sec++;
/*需要在定时器中处理的任务 */
KeyTask();
}
/*******************************************************************************
* Function Name : SysTick_Handler
* Description : 获取ms计数器
* Input : None
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
uint32_t GetSysTick_ms(void)
{
return systick.ms;
}
void MarkSysTick_ms(uint32_t *t)
{
*t = systick.ms;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : GetSysTick_Sec
* Description : 获取sec计数器
* Input : None
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
uint32_t GetSysTick_Sec(void)
{
return systick.Sec;
}
void MarkSysTick_Sec(uint32_t *t)
{
*t = systick.Sec;
}
/*******************************************************************************
* Function Name : delay_nus
* Description : 延时n us
* Input : i
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void delay_us(uint32_t i)
{
i = i * us;
while(i--);
}
/*******************************************************************************
* Function Name : delay_ms
* Description : 延时n ms
* Input : i
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void delay_ms(uint32_t i)
{
uint32_t end_t = systick.ms + i;
while( systick.ms < end_t );
}
/*******************************************************************************
* Function Name : TimeOutCheck_Sec, TimeOutCheck_ms
* Description : 延时n ms
* Input : i
* Output : None
* Return : None
*******************************************************************************/
char TimeOutCheck_Sec(uint32_t i)
{
if( systick.Sec >= i )
return 1;
else
return 0;
}
char TimeOutCheck_ms(uint32_t i)
{
if( systick.ms >= i )
return 1;
else
return 0;
}
其实，作者的这种方法在我之前公众号里某些文章也有体现，但不得不说，作者在此基础上设计了数据结构，更优雅的去管控这些要执行的任务，可见作者对数据结构、系统定时器的运用以及状态机框架的设计思想非常的精妙绝伦。
3、U盘(用于存储系统参数+其它文件)
U盘主要是基于STM32的USB+fatfs文件系统，存储介质主要是基于SPI_FLASH，明摆了说就是把SPI_FLASH虚拟成一个U盘，然后用来存储配置参数，以及系统日志还有其它的一些信息，主要我们来看下配置参数这块，配置参数使用了一个庞大的结构体进行描述：
typedef struct
{
//系统配置
char GPX_onoff; //GPX记录打开/关闭
char TimeZone; //时区
char GPS_PosConvert; //坐标转换
char AltitudeType; //海拔类型,=0 气压海拔，=1 GPS海拔，=2 综合海拔
char GpxSaveCnt; //GPX几个点快速存储
char WaveType; //=0海拔, =1温度，=2气压
tm tCountDown; //倒计时器
//界面加载管理
char GotoWin_onoff;
char WeatherWin_onoff;
char PositionWin_onoff;
char ShakeCountGame_onoff;
char DebugWin_onoff;
char WhenWhereWin_onoff;
char TimerWin_onoff;
char NpsWin_onoff;
char AltitudeTempWin_onoff;
char TravelWin_onoff;
//时间设定
int T_LogoDisplay; //LOGO显示时间
int T_ScreenAutoCloseTime; //sec,屏幕自动关闭时间
int T_GPSSearchTimeMax; //sec,gps允许搜星最长时间
int T_GPSSleepSec_Car; //在开车状态的GPS间歇开机时间
int T_GPSSleepSec_Walk; //在步行状态的GPS间歇开机时间
int T_TravelRestMax; //旅途最长休息时间
int T_WeatherInterval; //天气采集间隔
int T_ScreenCloseLongTime; //一些特殊界面的长延时关屏
int T_WeatherWave; //波形采集密度
//GSENSOR设定
unsigned char g_slope_th;
unsigned char g_slope_dur;
unsigned char g_ig_incr_step;
unsigned char g_ig_dec_step;
int g_ig_wkup_level;
int g_ig_move_level;
int g_ig_max_cnt;
int g_mmt_flt_scale;
int g_mmt_offset;
//OLED亮度
unsigned char oled_contrast;//OLED亮度
unsigned char oled_fosc; //OLED频率
unsigned char flip_onoff; //OLED反转
//OTHER
int gpx_min_distance;
} SYS_CFG_TYPE;
最后参数是存放在CFG_FILE_NAME这个文件里：
#define GPX_PATH "Gpx"
#define CFG_FILE_NAME "time.txt"
#define LOG_FILE_NAME "syslog.txt"
#define GPX_FILE_NAME "yymmdd.gpx"
那么参数是怎么获取的呢？在最开始的代码里已经有了体现，通过调用ilook_cfg_load函数进行加载，该函数比较长，我们只截取一部分：
void ilook_cfg_load(void)
{
char tmp_str[100];
char n[10];
int i_tmp;
uint32_t t;
//系统默认值
iLookCfg.TimeZone = 8;
iLookCfg.WaveType = 2;
//
iLookCfg.WeatherWin_onoff = 1;
iLookCfg.DebugWin_onoff = 0;
iLookCfg.TimerWin_onoff = 1;
//
iLookCfg.T_LogoDisplay = 2;
iLookCfg.T_ScreenAutoCloseTime = 60;
iLookCfg.T_GPSSearchTimeMax = 90;
iLookCfg.T_WeatherInterval = 1;
iLookCfg.T_WeatherWave = 10;
//
iLookCfg.g_slope_th = 35; //0x18-0x03,
iLookCfg.g_slope_dur = 0;
iLookCfg.g_ig_incr_step = 20;
iLookCfg.g_ig_dec_step = 1;
iLookCfg.g_ig_wkup_level = 40;
iLookCfg.g_ig_move_level = 300;
iLookCfg.g_ig_max_cnt = 6000;
iLookCfg.g_mmt_flt_scale = 5;
iLookCfg.g_mmt_offset = 15;
//
iLookCfg.oled_contrast = 0x7F; //oled对比度
iLookCfg.oled_fosc = 0xa0; //oled显示频率设定
iLookCfg.flip_onoff = 0;
//other
if( f_open(&cfgFIL, CFG_FILE_NAME, FA_READ) == FR_OK )
{
while( 1 )
{
//读取CFG文件一行
if( f_gets(tmp_str, 100, &cfgFIL) == NULL )
break;
//系统配置
if( strstr(tmp_str, "GPX_onoff") )
{
get_para(tmp_str, n);
if( isdecstring(n) < 2 )
{
iLookCfg.GPX_onoff = DecStr2Int(n, 1);
}
}
else if( strstr(tmp_str, "TimeZone") )
{
get_para(tmp_str, n);
if( isdecstring(n) < 3 )
{
iLookCfg.TimeZone = DecStr2Int(n, 2);
}
}
......
}
}
在文件系统没有相应的文件的时候，会启用默认的参数进行加载，这样做的好处是确保文件系统加载不起来的时候，还能采用系统默认自带的参数去运行，当加载了文件系统，如果里面找到对应的配置文件，则会把一开始的默认参数覆盖一遍。其余的部分限于篇幅留给读者自行学习分析。
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提取码：c0rr关于开源项目群建立
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