【物聯網智能網關-11】流式驅動之使用者驅動(MDK C++開發)

微軟體系的産品給人的感覺一直是易學易用，但是其執行性能卻屢受诟病。是以一些對性能要求相對較高的硬體産品研發，一般都是采用linux體系的技術，或者是無作業系統開發，其開發語言也絕大數是C/C++（啟動代碼或中斷部分的代碼有時會用彙編代碼實作）。但是對工控內建類的項目開發來說，由于項目開發周期比較短，對穩定性要求比較高，如果全部采用C/C++開發，不僅對開發人員的能力要求比較高，并且開發和調試的代價非常大。是以PC平台的，大都是用組态系統搭建，嵌入式系統則是采用嵌入式組态軟體，其定制化的軟體則采用WinCE等易用的嵌入式系統來開發了，但是對再小型的嵌入式系統，由于選擇目前比較少，也隻有選用傳統的C/C++來開發了。

我個人認為微軟官方的.NET Micro Framework産品類開發的定位是錯誤的，這一點我可以看到微軟在Windows領域的開發也是放棄了全用.NET托管代碼實作的訴求，大部分底層或對性能要求很高的代碼，依然采用原生C/C++實作（目前iOS和安卓系統的開發，基于性能的考慮，很多開發人員都開始用原生C/C++進行開發）。

用.NET Micro Framework開發使用者需求變化少，不需要二次開發接口的産品來說，是非常不适合的，特别是銷售量數量非常大的産品，因為随着産品的銷量不斷增加，前期開發成本所占的成本比重将越來越小。但是對使用者需求變化大，使用者需要有二次開發，或者是銷量比較少的産品來說，用.NET MicroFramework優勢就比較明顯了。特别是工控內建類的産品，.NET Micro Framework系統有天然的優勢（這是我7年工控領域的工作經曆深切感受到的）。

PC領域的組态化技術已經非常成熟了，目前已經在向組态軟體的第二代或第三代進行發展。但是在嵌入式領域，特别是低端MCU方面，這方面做得遠遠不夠，我工作的定位就是緻力于嵌入式領域組态化，并且我認為.NET Micro Framework系統是實作這個願景的最好的一種技術支撐。

.NET Micro Framework的平台的C#（或VB.NET）開發雖然開發比較簡單，但是其執行性能卻是一個必須面對的問題（2009年我在微軟總部和MSNDirect開發人員交流的時候，他們對.NETMicro Framework的執行性能頗有微詞）。

我的解決方案就是：.NET Micro Framework必須盡可能的封裝，C#語言執行的不是大段功能代碼，而隻是一些工藝流程代碼即可，那些功能性的代碼盡可能用C/C++實作。C#起到粘連串接的作用即可，這一點和網頁開發中的腳本語言的角色非常類似。

在進行使用者流式驅動開發介紹之前，我先比較一下C#和C++開發的性能，讓大家有一個直覺的感受。

上圖C#代碼如下：

OutputPort io = newOutputPort((Cpu.Pin)GPIO_NAMES.PA6,false);

while (true)

{

io.Write(true);

io.Write(false);

}

C++的代碼如下（NativeSample下運作）

CPU_GPIO_EnableOutputPin(STM32F20x_GPIO_Driver::PA6,FALSE);

while(TRUE)

{

CPU_GPIO_SetPinState(STM32F20x_GPIO_Driver::PA6,FALSE);

CPU_GPIO_SetPinState(STM32F20x_GPIO_Driver::PA6,TRUE);

}

從示波器的顯示結果來看，二者相差近60倍，是以說在C#層很難實作微秒級别的控制。

另外我也比較了一下C#和C++的for循環的執行效率。

代碼很簡單，就是：for(x=0;x<1000;x++);

執行次數

C++

倍數

316us

100

2.5ms

3.5us

714

1000

24ms

33us

727

10000

333us

C#層提供的Sleep延時也是毫秒級别的，我做了一個簡單的測試，結果如下：

Sleep參數

執行時間

176-184 us

1.3ms

10.4ms

注：由于底層時鐘中斷不斷觸發，Sleep的時間是不确定的。

相信以上的測試結果，對大家的印象是深刻的。是以說，不考慮C#的封裝優點，而是非要用C#和C++實作同樣的功能，隻能是讓大家越來越遠離.NET Micro Framework。

-------- 分割線 ---------

IGeneralStream_Functiong_GeneralStream_Function =

{

-1,

NULL,

//--

&Notice_GenerateEvent,

&lcd_printf,

&debug_printf,

&HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled,

&Events_WaitForEvents,

&disable_interrupts,

&enable_interrupts,

&private_malloc,

&private_free,

//mem

&hal_snprintf,

&hal_stricmp,

&hal_strncmp_s,

&hal_strlen_s,

&memcpy,

&memset,

//Flash

&YFSoft_Flash_Erase,

&YFSoft_Flash_Read,

&YFSoft_Flash_Write,

//GPIO

&CPU_GPIO_DisablePin,

&CPU_GPIO_EnableInputPin,

&CPU_GPIO_EnableOutputPin,

&CPU_GPIO_GetPinState,

&CPU_GPIO_SetPinState,

//TIMER

&CPU_TIMER_Initialize,

&CPU_TIMER_Uninitialize,

&CPU_TIMER_Start,

&CPU_TIMER_Stop,

&CPU_TIMER_GetState,

&CPU_TIMER_SetState,

//USART

&USART_Initialize,

&USART_Uninitialize,

&USART_Write,

&USART_Read,

&USART_Flush,

&USART_BytesInBuffer,

&USART_DiscardBuffer,

//DA/AD

&DA_Initialize,

&DA_Write,

&AD_Initialize,

&AD_Read,

//PWM

&PWM_Initialize,

&PWM_Uninitialize,

&PWM_ApplyConfiguration,

&PWM_Start,

&PWM_Stop,

&PWM_GetPinForChannel,

//TinyGUI

&LCD_ClearEx,

&LCD_SetPixel,

&LCD_GetPixel,

&LCD_DrawLine,

&LCD_DrawRectangle,

&LCD_DrawEllipse,

&LCD_DrawImage,

&LCD_DrawImageEx,

&LCD_DrawString,

&LCD_DrawStringEx,

&LCD_FillRectangle,

&LCD_FillEllipse,

&LCD_GetFrameBufferEx,

&LCD_SuspendLayout,

&LCD_ResumeLayout,

};

有了這些函數支援，就可以在MDK中獨立編寫 MF的使用者流驅動了。當然，你也可以不用這些函數，也可以調用MDK相關的庫或STM32提供的庫，直接通過寄存器對硬體進行操作（前提是和已有的功能不要沖突就行）。

為了便于在MDK 4.x中開發使用者流式驅動，我提供了yfmflib.h和grenralstream.h頭檔案，也提供了一個UserDriver.cpp模闆，使用者隻要簡單修改一下即可。

UserDriver.cpp模闆中的代碼如下：

//說明：代碼空間0x08010000 - 0x08020000 64K

// 記憶體空間 0x20002000- 0x20004000 8K

#include "YFMFLib.h"

#include"GeneralStream.h"

#define UserDriver_Flag "UserDriver"

#define UserDriver_Hander 1

const IGeneralStream_Function*MF=NULL;

intGeneralStream_Open1_UserDriver(LPCSTR config) { return 0;} //Open1永遠也不會被調用

//intGeneralStream_Open2_UserDriver(int config) { return 0;}

intGeneralStream_Close_UserDriver() {return 0;}

intGeneralStream_IOControl1_UserDriver(int code, BYTE *inBuffer, int inCount, BYTE*outBuffer, int outCount){return -1;}

intGeneralStream_IOControl2_UserDriver(int code, int parameter){return -1;}

intGeneralStream_Read_UserDriver(BYTE *buffer, int offset, int count){return -1;}

intGeneralStream_Write_UserDriver(BYTE *buffer, int offset, int count){return -1;}

intGeneralStream_Open2_UserDriver(int config)

{

//擷取系統函數的指針

MF = (IGeneralStream_Function*)config;

//C#下傳的參數

MF->lcd_printf("%d,%s\r\n",MF->iParam1,MF->sParam1);

MF->debug_printf("%d,%s\r\n",MF->iParam1,MF->sParam1);

extern const IGeneralStreamg_GeneralStream_UserDriver;

const IGeneralStreamg_GeneralStream_UserDriver =

UserDriver_Flag,

&GeneralStream_Open1_UserDriver,

&GeneralStream_Open2_UserDriver,

&GeneralStream_Close_UserDriver,

&GeneralStream_IOControl1_UserDriver,

&GeneralStream_IOControl2_UserDriver,

&GeneralStream_Read_UserDriver,

&GeneralStream_Write_UserDriver,

為了讓大家印象深刻，我們以LCD1602的驅動為示例，進行使用者驅動編寫（我已經為其專門開發了一個流式驅動，以其為例隻是便于說明，後續還将詳細介紹LCD1602）。

主要代碼如下：

void LCD1602_Write_byte(BYTE data)

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_E_Pin,TRUE);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D7_Pin,(data& 0x80)>0);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D6_Pin,(data& 0x40)>0);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D5_Pin,(data& 0x20)>0);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D4_Pin,(data& 0x10)>0);

MF->HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled(1);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_E_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_E_Pin,TRUE);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D7_Pin,(data& 0x08)>0);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D6_Pin,(data& 0x04)>0);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D5_Pin,(data& 0x02)>0);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_D4_Pin,(data& 0x01)>0);

void LCD1602_Write_Command(BYTE cmd)

MF->HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled(100);

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_RS_Pin,FALSE);

LCD1602_Write_byte(cmd);

void LCD1602_Write_Data(BYTE data)

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_RS_Pin,TRUE);

LCD1602_Write_byte(data);

void LCD1602_SetXY(BYTE x,BYTE y)//x:0~15,y:0~1

if(y)LCD1602_Write_Command(0xc0+x);//第二行顯示

else LCD1602_Write_Command(0x80+x);//第一行顯示

void LCD1602_Write_Char(BYTE x,BYTE y,char data)

LCD1602_SetXY( x, y); //寫位址

LCD1602_Write_Data(data);

void LCD1602_Print(BYTE x,BYTE y,char *s)

if(x>15)x=15;

LCD1602_SetXY( x, y ); //寫位址

int i=0;

while (*s &&(x+i++)<16) //寫顯示字元

LCD1602_Write_Data(*s++ );

}

void LCD1602_Init()

MF->CPU_GPIO_SetPinState(LCD1602_RW_Pin,FALSE); //隻寫

MF->HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled(100000);

LCD1602_Write_Command(0x33);

MF->HAL_Time_Sleep_MicroSeconds_InterruptEnabled(20000);

LCD1602_Write_Command(0x32);

LCD1602_Write_Command(0x28);

LCD1602_Write_Command(0x0C);//顯示開

LCD1602_Write_Command(0x01);//清屏

以上就是LCD驅動相關的代碼，下面我們填寫接口代碼

int GeneralStream_Open2_UserDriver(int obj)

//擷取系統函數的指針

MF =(IGeneralStream_Function*)obj;

//--

LPCSTR config =MF->sParam1;

//不能有空格

// 012345678901234567890123456789012345678901234567890123

//格式RS=PC08,RW=PC09,E=PB06,D4=PB07,D5=PC00,D6=PC02,D7=PC03

if(config[3]!='P' ||config[11]!='P' || config[18]!='P' || config[26]!='P' || config[34]!='P' ||config[42]!='P' || config[50]!='P')

return -1;

LCD1602_RS_Pin =(GPIO_PIN)((config[4]-'A') * 16 +(config[5]-'0') * 10+ (config[6] - '0'));

LCD1602_RW_Pin =(GPIO_PIN)((config[12]-'A') * 16 +(config[13]-'0') * 10+ (config[14] - '0'));

LCD1602_E_Pin =(GPIO_PIN)((config[19]-'A') * 16 +(config[20]-'0') * 10+ (config[21] - '0'));

LCD1602_D4_Pin =(GPIO_PIN)((config[27]-'A') * 16 +(config[28]-'0') * 10+ (config[29] - '0'));

LCD1602_D5_Pin =(GPIO_PIN)((config[35]-'A') * 16 +(config[36]-'0') * 10+ (config[37] - '0'));

LCD1602_D6_Pin =(GPIO_PIN)((config[43]-'A') * 16 +(config[44]-'0') * 10+ (config[45] - '0'));

LCD1602_D7_Pin =(GPIO_PIN)((config[51]-'A') * 16 +(config[52]-'0') * 10+ (config[53] - '0'));

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_RS_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_RW_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_E_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_D4_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_D5_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_D6_Pin,FALSE);

MF->CPU_GPIO_EnableOutputPin(LCD1602_D7_Pin,FALSE);

LCD1602_Init(); //初始化液晶

return 0;

int GeneralStream_Write_UserDriver(BYTE *buffer, int offset, intcount)

UINT8 x =(BYTE)((offset>>8) & 0xFF);

UINT8 y = (BYTE)(offset &0xFF);

buffer[count]=0;

if(x>15 || y>1 ) return-1;

LCD1602_Print(x,y,(char*)buffer);

以上代碼在MDK中直接編譯，編譯後的bin檔案，經過轉換适當轉換，變為MF部署工具所支援的Hex檔案，用MFDeploy或YFAccessFlash工具直接部署即可，如下圖所示：

基于C++的代碼我們已經完成，下一步我們開始寫C#代碼，以便調用我們寫好的C++代碼。

代碼如下：

using System;

usingMicrosoft.SPOT;

usingMicrosoft.SPOT.Hardware;

usingYFSoft.IO;

namespaceUserDriverTest

public class Program

{

public static void Main()

{

Debug.Print("UserDriverTest ...");

LCD1602 lcd = new LCD1602();

lcd.Print(0, 0, "Hello .NET MF!!!");

lcd.Print(0, 1, "YFSoft 20120920");

while (true)

{

System.Threading.Thread.Sleep(500);

}

//Width = 16 Height = 2

public class LCD1602

GeneralStream gs = null;

public LCD1602()

gs = new GeneralStream();

int ret =0;

if ((ret = gs.Open("UserDriver", "RS=PC08,RW=PC09,E=PB06,D4=PB07,D5=PC00,D6=PC02,D7=PC03"))<= 0)

Debug.Print("ERR="+ ret.ToString());

gs = null;

public void Print(byte x, byte y, string s)

if (gs == null)return;

byte[] temp = System.Text.UTF8Encoding.UTF8.GetBytes(s);

byte[] buff = newbyte[temp.Length + 1];

Array.Copy(temp, buff, temp.Length);

buff[buff.Length - 1] = 0;

gs.Write(buff, x << 8 | y, temp.Length);

代碼執行後，其運作效果如下圖所示：

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【物聯網智能網關-11】流式驅動之使用者驅動(MDK C++開發)

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