狀態(tài)機在嵌入式前后臺系統(tǒng)中的應用

　　在嵌入式前后臺系統(tǒng)中，外部的異步事件通過中斷來捕獲并運行在后臺，而其他的任務則運行于前臺。提高系統(tǒng)中的任務處理能力，是嵌入式前后臺系統(tǒng)設計的重點。本文描述了利用狀態(tài)機來提高嵌入式前后臺系統(tǒng)任務處理能力的實現(xiàn)方法。為了便于研究和描述狀態(tài)機在嵌入式前后臺軟件系統(tǒng)中的應用，本文將以移動2G光纖直放站近端機的監(jiān)控軟件案例來闡述和說明。

　　1 移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元

　　對于移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元，只介紹與本文有關(guān)部分的原理框圖，如圖1所示。圖中GSMModem通過AT91SAM7S256的串口1相連。由于GSMModem的特性和短消息的收發(fā)，其通信收發(fā)處理相對比較繁瑣和復雜。例如，發(fā)送短消息時，需要向Modem發(fā)送“AT+CMGS=電話號碼”并等待一定的時間，再發(fā)送短消息內(nèi)容，等待發(fā)送成功。短消息發(fā)送成功后，GSMModem將回應“+CMGS序號”的信息。其發(fā)送需要等待的時間長短不定。

　　在移動2G光纖直放站近端機中，通過串口1發(fā)送到GSMModem的數(shù)據(jù)不僅僅是短消息，還包括下行功率查詢、信源信息查詢、讀取/刪除短消息等。因此，針對移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元的要求和軟件系統(tǒng)為前后臺系統(tǒng)的特點，移動2G光纖直放站近端機監(jiān)控單元的監(jiān)控軟件設計采用了狀態(tài)機和隊列的方式。

　　2 軟件的設計思路

　　根據(jù)前后臺軟件系統(tǒng)的特點，結(jié)合移動2G光纖直放站近端機的硬件結(jié)構(gòu)，以移動2G光纖直放站近端機的監(jiān)控軟件中的短消息收發(fā)子系統(tǒng)為例，來闡述軟件的設計思路。GSMModem的短消息接收采用軟件主動讀取的方式，即軟件以中斷方式接收到短消息在Modem中存儲的序號，然后軟件主動讀取短消息和刪除已讀取的短消息。短消息的收發(fā)處理流程如圖2所示。

　　2.1 短消息的接收

　　如圖2所示，GSMModem主動上報的信息將存儲到串口1接收緩沖區(qū)中，軟件從串口1接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)中解析出短信序號(Modem收到的短消息在Modem中的存儲序號)存儲到短信序號隊列(短信序號緩沖區(qū)1~n)中，然后軟件通過短信序號隊列的狀態(tài)來決定是否需要向Modem發(fā)送讀取短信或者刪除短信命令。

　　當軟件發(fā)送讀短消息命令后，GSMModem將對應序號的短信息送出，數(shù)據(jù)將存儲到串口1接收緩沖區(qū)中，軟件再從串口1接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)中解析出短消存儲到短信隊列(短信緩沖區(qū)1~m)中。這樣需要軟件處理的短消息就存儲到了短信隊列中，而處理的事情則交由軟件的其他區(qū)處理。

　　圖2 直放站短信收發(fā)處理流程

　　2.2 短消息的發(fā)送

　　對所有需要發(fā)送到GSMModem的數(shù)據(jù)，則通過UART1發(fā)送緩沖區(qū)來完成。具體發(fā)送哪些數(shù)據(jù)(讀取/刪除短信、下行功率查詢、信源信息查詢、未讀短信查詢)或者緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)(短消息發(fā)送緩沖區(qū)、告警上報發(fā)送緩沖區(qū))由軟件根據(jù)相應的狀態(tài)來選擇確定。

　　3 設計思路的實現(xiàn)

　　3.1 串口1數(shù)據(jù)的發(fā)送

　　3.1.1 串口1發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　串口1是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，由串口1的發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)來決定。串口1發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bStBuf;//bStBuf =

　　Uart1_TxBuf_Rdy或者=Uart1_TxBuf_Wait或者=Uart1_TxBuf_Empty

　　unsigned short Index;

　　unsigned short Len;

　　char Buf[270];

　　}Uart1Buf_t;

　　① bStBuf成員： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)的狀態(tài)。

　?、?Index成員： 串口1發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)索引。

　?、?Len成員： 串口1發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中有效數(shù)據(jù)的長度。

　?、?Buf成員： 串口1發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

　　3.1.2 串口1發(fā)送緩沖區(qū)軟件定時器

　　由于GSM Modem的特性致使串口1不能不間斷地發(fā)送數(shù)據(jù)，因此，對串口1的數(shù)據(jù)發(fā)送設定一個軟件定時器。軟件定時器用于控制GSMModem是否可以接收來自串口1的新數(shù)據(jù)。軟件定時器的結(jié)構(gòu)定義如下：

　　typedef struct{

　　unsigned char bTimerSt;//軟件定時器的狀態(tài): Timer_START或Timer_STOP

　　unsigned int TimerCtn;//軟件定時器的計數(shù)器

　　void (*func)(void);//超時后相應的處理功能函數(shù)指針

　　}SoftTimer_t;

　?、?bTimerSt成員： 用于描述軟件定時器的狀態(tài)。它有2種狀態(tài)：

　　◆ Timer_START――開始軟件定時器;

　　◆ Timer_STOP――停止軟件定時器。

　　② TimerCtn成員： 用于描述軟件定時器的定時時間。它是一個32位的計數(shù)器，硬件定時的基準時間為20ms(建議設置在前后臺系統(tǒng)主程序循環(huán)1次需要的時間)，因此最大定時時間為20 ms×232=85 899 345.92 s。

　?、?func成員：

　　用于描述軟件定時器超時需要去處理相應事情的函數(shù)。該函數(shù)是在定時器中斷服務程序下運行的，因此為了減少中斷服務程序占用CPU的時間，函數(shù)只作簡單的狀態(tài)設置或者清除工作，如函數(shù)Clear_Uart1TxbStBuf。

　　void Clear_Uart1TxbStBuf(void){

　　Uart1Tx.bStBuf = Uart1_TxBuf_Empty;//設置串口1發(fā)送緩沖區(qū)為空

　　……

　　}

　　3.1.3 串口1數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)機

　　串口1發(fā)送緩沖區(qū)的成員bStBuf有3種狀態(tài)。

　?、?Uart1_TxBuf_Rdy： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)準備好。

　　② Uart1_TxBuf_Wait： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)等待。

　?、?Uart1_TxBuf_Empty： 串口1發(fā)送緩沖區(qū)空。

　　3種狀態(tài)的轉(zhuǎn)移情況如圖3所示。

　　圖3 串口1的發(fā)送緩沖區(qū)狀態(tài)機