溫度傳感器通用接口應(yīng)用案例分析

周立功教授新書《面向AMetal框架與接口的編程（上）》，對AMetal框架進行了詳細(xì)介紹，通過閱讀這本書，你可以學(xué)到高度復(fù)用的軟件設(shè)計原則和面向接口編程的開發(fā)思想，聚焦自己的“核心域”，改變自己的編程思維，實現(xiàn)企業(yè)和個人的共同進步。

第七章為面向通用接口的編程，本文內(nèi)容為7.4 溫度采集接口、7.5 鍵盤。

7.4 溫度采集接口

>>> 7.4.1 溫度傳感器通用接口

AMetal 提供了溫度采集的通用接口，僅包含一個溫度讀取接口，用于讀取當(dāng)前的溫度值，其函數(shù)原型為（am_temp.h）：

其中，handle 為溫度傳感器的句柄，其可以通過初始化具體的溫度傳感器（如LM75）獲得，p_temp 為輸出參數(shù)，用于返回當(dāng)前的溫度值，為了避免小數(shù)運算，這里使用有符號的32 位整數(shù)表示溫度值（單位：攝氏度），且其值為實際溫度值的1000 倍，表示溫度值的分辨率為0.001℃。讀取溫度的范例程序詳見程序清單7.25。

程序清單7.25 am_temp_read()范例程序

顯然要使應(yīng)用程序可以使用通用接口讀取溫度，就必須獲取溫度傳感器的handle，這就需要為具體的溫度傳感器提供相應(yīng)的驅(qū)動。

>>> 7.4.2 LM75B 驅(qū)動

LM75B 是NXP 半導(dǎo)體推出的具有I2C接口的數(shù)字溫度傳感器芯片，AMetal 已經(jīng)提供了其對應(yīng)的驅(qū)動，僅包含一個初始化函數(shù)，其函數(shù)原型（am_temp_lm75.h）為：

該函數(shù)意在獲取LM75 溫度傳感器的實例句柄，進而使用通用接口讀取溫度。其中：

• p_lm75 為指向am_temp_lm75_t 類型實例的指針；

• p_devinfo 為指向am_temp_lm75_info_t 類型實例信息的指針。

1. 實例

定義am_temp_lm75_t 類型（am_temp_lm75.h）實例如下：

其中，g_temp_lm75 為用戶自定義的實例，其地址作為p_lm75 的實參傳遞。

2. 實例信息

實例信息主要描述了與LM75 相關(guān)的信息，即LM75 的I2C從機地址等，其類型am_temp_lm75_info_t 的定義（am_temp_lm75.h）如下：

其中，i2c_addr 指定了LM75 的7-bit 從機地址（在很多應(yīng)用中，常常使用8 位數(shù)據(jù)表示從機地址， 8 位地址的最低位為讀寫方向位，由于在AMetal 中，讀寫方向位無需用戶控制，驅(qū)動會自動實現(xiàn)對讀寫方向位的控制，因此在AMetal 中需要由用戶提供的7-bit 從機地址不包含讀寫方向位），LM75 的7-bit 從機地址為1001A2A1A0，最低三位由A0~A2 引腳電平?jīng)Q定，在AM824-Core 中，板載了一個LM75 溫度傳感器。由此可見，A0~A2 均與地連接，為低電平，因此，板載LM75 的地址為1001000，即：0x48。其實例信息定義如下：

其中，g_temp_lm75_info 為用戶自定義的實例信息，其地址作為p_info 的實參傳遞。

3.I2C句柄i2c_handle

以I2C1 為例，其實例初始化函數(shù)am_lpc82x_i2c1_inst_init()的返回值即可作為實參傳遞給i2c_handle。即：

4. 實例句柄

基于實例、實例信息和I2C句柄，即可完成LM75 的初始化。比如：

初始化函數(shù)的返回值即為溫度傳感器的句柄，若返回值為NULL，說明初始化失?。蝗舴祷刂挡粸镹ULL，說明返回了有效的handle，其可以作為溫度讀取接口的參數(shù)。為了便于配置LM75（如修改7-bit 從機地址等）?；谀K化編程思想，將初始化相關(guān)的實例、實例信息等的定義存放到LM75 的配置文件中，通過頭文件引出實例初始化函數(shù)接口，源文件和頭文件的程序范例分別詳見程序清單7.26 和程序清單7.27。

程序清單7.26 LM75 實例初始化函數(shù)實現(xiàn)（am_hwconf_lm75.c）

程序清單7.27 LM75 實例初始化函數(shù)聲明（am_hwconf_lm75.h）

后續(xù)只需要使用無參數(shù)的實例初始化函數(shù)即可完成LM75 實例的初始化，獲取溫度傳感器句柄，即執(zhí)行如下語句：

當(dāng)完成初始化后，即可使用通用的溫度讀取接口獲取當(dāng)前溫度值，讀取并通過串口打印當(dāng)前溫度值的范例程序詳見程序清單7.28。

程序清單7.28 使用LM75 檢測當(dāng)前溫度的范例程序

7.5 鍵盤

>>> 7.5.1 通用鍵盤接口

由于此前的按鍵處理方式與具體的MCU、鍵盤的組織形式（獨立按鍵或矩陣鍵盤等）完全耦合在一起，為此AMetal 提供了一種通用鍵盤接口。其函數(shù)原型為：

其中，p_handler 為指向按鍵事件處理器的指針，pfn_cb 為指向用戶自定義按鍵處理函數(shù)的指針，p_arg 為按鍵處理函數(shù)的用戶參數(shù)。

1. p_handler

am_input_key_handler_t 是按鍵事件處理器的類型，它是在am_input.h 文件中使用typedef自定義的一個類型。即：

基于此，在使用按鍵時，首先需要定義一個該類型的按鍵事件處理器實例（對象），其本質(zhì)是定義一個結(jié)構(gòu)體變量。比如：

即可該實例的地址&key_handler 作為參數(shù)傳遞給函數(shù)的形參p_handler。

2. pfn_cb

am_input_cb_key_t 是按鍵處理函數(shù)的指針類型，它是在am_input.h 文件中使用typedef自定義的一個類型。即：

當(dāng)有按鍵事件發(fā)生時（按鍵按下或按鍵釋放），均會調(diào)用pfn_cb 指向的按鍵處理函數(shù)，完成相應(yīng)的按鍵處理功能。當(dāng)該函數(shù)被調(diào)用時，傳遞給p_arg 的值為用戶參數(shù)，傳遞給key_code 的值為按鍵的編碼，它是在am_input_code.h 文件中使用宏進行定義的，比如，KEY_1、KEY_2 等，傳遞給key_state 的值為按鍵的狀態(tài)，詳見表7.5。

表7.5 按鍵狀態(tài)

以AM824-Core 開發(fā)板為例，KEY 對應(yīng)的按鍵編碼為KEY_KP0。當(dāng)KEY 鍵按下時，則LED0 點亮；當(dāng)KEY 鍵釋放后，則LED0 熄滅，相應(yīng)的按鍵處理函數(shù)詳見程序清單7.29。

程序清單7.29 按鍵處理函數(shù)范例程序

函數(shù)名即可作為參數(shù)傳遞給am_input_key_handler_register()函數(shù)的形參pfn_cb。

3. p_arg

通常調(diào)用am_input_key_handler_register()函數(shù)傳遞給形參p_arg 的值會在調(diào)用事件處理回調(diào)函數(shù)時，傳遞給事件處理函數(shù)的p_arg 形參。

如果不使用，則在調(diào)用am_input_key_handler_register()函數(shù)時，將p_arg 的值設(shè)置為NULL，注冊按鍵處理器的范例程序詳見程序清單7.30。

程序清單7.30 按鍵處理函數(shù)范例程序

注冊按鍵處理器后，當(dāng)有鍵按下或按鍵釋放時，均會調(diào)用注冊按鍵處理器時指定的回調(diào)函數(shù)，即程序清單7.29 中的__input_key_proc ()函數(shù)。為了分離各個鍵的處理代碼，可以注冊多個按鍵事件處理器，每個處理器負(fù)責(zé)處理一個或多個鍵，詳見程序清單7.31。

程序清單7.31 注冊多個按鍵處理器范例程序

通用鍵盤接口的特點是屏蔽了底層的差異性，使應(yīng)用程序與底層MCU、鍵盤的具體形式無關(guān)，可以輕松地實現(xiàn)應(yīng)用程序的跨平臺。

在實際的應(yīng)用中，鍵盤的表現(xiàn)形式是多種多樣的，比如，直接使用GPIO 驅(qū)動的獨立鍵盤（一個或多個獨立按鍵組成的鍵盤）和矩陣鍵盤和標(biāo)準(zhǔn)的PS/2 接口鍵盤，以及使用ZLG推出的I2C接口的ZLG72128 鍵盤與數(shù)碼管驅(qū)動芯片制作的鍵盤等。雖然各種按鍵的檢測方法都不相同，但只要提供相應(yīng)的驅(qū)動，即可將接口統(tǒng)一起來。如同在PC 上使用外部設(shè)備時，需要安裝對應(yīng)的驅(qū)動一樣。AMetal 提供了常用鍵盤的驅(qū)動，用戶直接使用無需關(guān)心按鍵檢測的方法或按鍵消抖等細(xì)節(jié)問題。

>>> 7.5.2 獨立鍵盤驅(qū)動

AMetal 獨立鍵盤的驅(qū)動提供了一個初始化函數(shù)，使用該函數(shù)初始化一個獨立鍵盤實例后，即可使用通用接口使用按鍵。其函數(shù)原型為：

其中，p_dev 為指向am_key_gpio_t 類型實例的指針，p_info 為指向am_key_gpio_info_t類型實例信息的指針。

1. 實例

定義am_key_gpio_t 類型（am_key_gpio.h）實例如下：

其中，g_key_gpio 為用戶自定義的實例，其地址作為p_dev 的實參傳遞。

2. 實例信息

實例信息主要描述與獨立鍵盤相關(guān)的信息，比如，使用的GPIO 引腳號，獨立按鍵的個數(shù)，以及對應(yīng)的按鍵編碼等信息。其類型am_key_gpio_info_t 的定義（am_key_gpio.h）如下：

其中，p_pins 指向存放各獨立按鍵對應(yīng)引腳號的數(shù)組，如在AM824-Core 開發(fā)板上，有一個多功能按鍵可以當(dāng)做獨立按鍵使用。當(dāng)J14 的1 和2 短接時，KEY 與PIO_KEY（PIO0_1）連接，此時，按鍵KEY 當(dāng)做獨立按鍵使用?；诖耍梢远x一個存放引腳號的數(shù)組：

該數(shù)組的地址即可作為p_pins 的值。由于AM824 開發(fā)板只有一個獨立按鍵，因此數(shù)組僅有一個元素，其值為與該獨立按鍵連接的引腳號，即PIO0_1。當(dāng)存在多個獨立按鍵時，繼續(xù)在該數(shù)組后添加數(shù)據(jù)元素即可。同時，由于引腳號在系統(tǒng)啟動后不會修改，因此使用了const 修飾符。

為了區(qū)分各個按鍵，要求每個按鍵都具有一個唯一的編碼值，因此需要為獨立鍵盤中的各個按鍵指定一個編碼，p_codes 即指向存放各獨立按鍵對應(yīng)編碼的數(shù)組，其編碼與p_pins指向的數(shù)組中各個獨立按鍵一一對應(yīng)。比如，設(shè)置AM824ZB 開發(fā)板中的獨立按鍵對應(yīng)編碼為KEY_KP0，則可以定義如下數(shù)組：

該數(shù)組的地址即可作為p_codes 的值。在通用按鍵處理接口的程序范例中，使用了按鍵編碼KEY_F1 作為獨立按鍵的編碼，按鍵編碼KEY_F1 就是在這里配置的，如果需要使用其它按鍵編碼，直接修改即可。按鍵編碼可以是任意整數(shù)值，但建議使用類似KEY_KP0 這樣的標(biāo)準(zhǔn)按鍵編碼，其是在am_input_code.h 文件中定義的宏。

pin_num 指定了獨立鍵盤中獨立按鍵的個數(shù)，其應(yīng)該與p_pins 和p_codes 指向的數(shù)組大小保持一致，在AM824-Core 開發(fā)板上只有一個獨立按鍵，因此該值為1。

對于獨立按鍵來講，不同的電路可能影響按鍵按下時的電平，為了讓驅(qū)動準(zhǔn)確獲取這一信息，使用active_low 成員表明按鍵按下時的電平，若按鍵按下時為低電平，則該值為AM_TRUE，反之該值為AM_FALSE。查看相應(yīng)的原理圖可知，當(dāng)按鍵按下時，GPIO 引腳為低電平，因此active_low 的值應(yīng)該設(shè)置為AM_TRUE。

scan_interval_ms 指定了按鍵掃描的時間間隔，即每隔該段時間執(zhí)行一次按鍵檢測，檢測是否有按鍵事件發(fā)生（按鍵按下或按鍵釋放），通常將該值設(shè)置為10 ms?；谝陨闲畔?，實例信息定義如下：

基于實例和實例信息，即可完成獨立鍵盤的初始化。比如：

初始化完成后，即可使用通用鍵盤處理接口處理編碼為KEY_KP0 的按鍵。為了便于配置獨立鍵盤（修改實例信息）?；谀K化編程思想，將初始化相關(guān)的實例和實例信息等的定義存放到獨立鍵盤的配置文件中，通過頭文件引出實例初始化函數(shù)接口，源文件和頭文件的程序范例分別詳見程序清單7.32 和程序清單7.33。

程序清單7.32 獨立鍵盤實例初始化函數(shù)實現(xiàn)（am_hwconf_key_gpio.c）

程序清單7.33 獨立鍵盤實例初始化函數(shù)聲明（am_hwconf_key_gpio.h）

后續(xù)只需要使用無參數(shù)的實例初始化函數(shù)，即可完成獨立鍵盤實例的初始化：

初始化完成后，即可使用通用鍵盤處理接口處理編碼為KEY_KP0 的按鍵。

在AM824ZB 中，獨立鍵盤作為一種板載資源，在系統(tǒng)啟動時已經(jīng)默認(rèn)進行了獨立鍵盤的初始化操作，因此在程序清單7.30 所示的范例程序中，沒有調(diào)用獨立鍵盤實例初始化函數(shù)就可以使用板載的獨立按鍵。

若用戶不需要使用獨立按鍵，為了節(jié)省內(nèi)存空間，可以將am_prj_config.h 工程配置文件中的AM_CFG_KEY_GPIO_ENABLE 宏值修改為0，裁剪掉獨立鍵盤，該宏本質(zhì)上控制了板級初始化函數(shù)中的一段程序，詳見程序清單7.34。

程序清單7.34 在板級初始化中裁剪獨立鍵盤的原理

注：板級初始化函數(shù)在系統(tǒng)啟動時自動調(diào)用，初始化完畢后才會進入應(yīng)用程序入口，即am_main()。

>>> 7.5.3 矩陣鍵盤驅(qū)動

類似地，AMetal 矩陣按鍵的驅(qū)動也提供了一個初始化函數(shù)，使用該函數(shù)初始化一個矩陣鍵盤實例后，即可使用通用接口使用按鍵。其函數(shù)原型為：

其中的p_dev 為指向am_key_matrix_gpio_softimer_t 類型實例的指針，p_info 為指向am_key_matrix_gpio_softimer_info_t 類型實例信息的指針。

1. 實例

定義am_key_matrix_gpio_softimer_t 類型（am_key_matrix_gpio.h）實例如下：

其中，miniport_key 為用戶自定義的實例，其地址作為p_dev 的實參傳遞。

2. 實例信息

實例信息描述了與矩陣鍵盤相關(guān)的信息，其類型am_key_matrix_gpio_softimer_info_t 的定義（am_key_matrix_gpio.h）如下：

其中， key_matrix_gpio_info 成員包含了GPIO 驅(qū)動型矩陣鍵盤的相關(guān)信息；scan_interval_ms 指定了按鍵掃描的時間間隔（單位：毫秒），即每隔該段時間執(zhí)行一次按鍵檢測，檢測是否有按鍵事件發(fā)生（按鍵按下或按鍵釋放），該值一般設(shè)置為5 ms 即可。

key_matrix_gpio_info 類型am_key_matrix_gpio_info_t 定義（am_key_matrix_gpio.h）為：

其中，base_info 成員包含了矩陣鍵盤的基礎(chǔ)信息，如矩陣鍵盤的行數(shù)和列數(shù)、各按鍵對應(yīng)的編碼等。p_pins_row 指向存放矩陣鍵盤行線對應(yīng)引腳號的數(shù)組，p_pins_col 指向存放矩陣鍵盤列線對應(yīng)引腳號的數(shù)組。

若使用MiniPort-Key 與AM824-Core 相連接時，KR0、KR1 為行線，分別與PIO0_6 和PIO0_7 連接，KL0、KL1 為列線，分別與PIO0_17 和PIO0_23 連接。定義行線引腳數(shù)組和列線引腳數(shù)組為：

兩個數(shù)組的地址可分別作為p_pins_row 和p_pins_col 的值。

base_info 成員的類型am_key_matrix_base_info_t 定義（am_key_matrix_base.h）如下：

其中，row 和col 分別表示矩陣鍵盤的行數(shù)目和列數(shù)目，若使用MiniPort-Key 矩陣鍵盤，其為2×2 的矩陣鍵盤，因此行數(shù)目和列數(shù)目均為2。

p_codes 指向存放矩陣鍵盤中各按鍵對應(yīng)編碼的數(shù)組，為了與硬件標(biāo)號一致，分配給各個按鍵的編碼依次為：KEY_0、KEY_1、KEY_2、KEY_3。則可以定義如下數(shù)組：

該數(shù)組的地址即可作為p_codes的值。active_low 表明按鍵按下是否為低電平，由電路的設(shè)計可知，行線外接了上拉電阻，配置為輸入模式時默認(rèn)會是高電平。因此，應(yīng)該使用低電平驅(qū)動方式，列線輸出低電平，當(dāng)按鍵按下時，就會檢測到低電平， 即該值應(yīng)為AM_TRUE。scan_mode 表示掃描方式，支持的方式有行掃描和列掃描方式，它們對應(yīng)的宏名詳見表7.6。如使用列掃描，則該值為AM_KEY_MATRIX_SCAN_MODE_COL。基于以

上信息，完整的實例信息可以定義如下：

表7.6 矩陣鍵盤掃描方式

基于實例和實例信息，即可完成MiniPort-Key 矩陣鍵盤的初始化。比如：

初始化完成后，即可使用通用鍵盤處理接口處理編碼為KEY_0~KEY_3 的按鍵。為了便于配置矩陣鍵盤（修改實例信息）。基于模塊化編程思想，將初始化相關(guān)的實例、實例信息等的定義存放到獨立鍵盤的配置文件中，通過頭文件引出實例初始化函數(shù)接口，源文件和頭文件的程序范例分別詳見程序清單7.35 和程序清單7.36。

程序清單7.35 矩陣鍵盤實例初始化函數(shù)實現(xiàn)（am_hwconf_miniport _key.c）

程序清單7.36 矩陣鍵盤實例初始化函數(shù)聲明（am_hwconf_miniport_key.h）

后續(xù)只需要使用無參數(shù)的實例初始化函數(shù)，即可完成矩陣鍵盤實例的初始化：

當(dāng)完成初始化后，即可使用通用鍵盤處理接口處理編碼為KEY_0~KEY_3 的按鍵。在AM824-Core 中，矩陣鍵盤作為可選的配板資源，在系統(tǒng)啟動時沒有像獨立鍵盤那樣默認(rèn)就執(zhí)行了初始化操作，因此如需使用矩陣鍵盤，則必須手動調(diào)用矩陣鍵盤實例初始化函數(shù)。

基于按鍵通用接口編寫一個簡易的應(yīng)用程序：當(dāng)有鍵按下時，蜂鳴器在發(fā)出“嘀”的一聲的同時，通過LED0 和LED1 的組合顯示按鍵編號。比如，當(dāng)KEY0 鍵按下時，兩個LED燈均熄滅。當(dāng)KEY1 按下時，則顯示01，即LED0 亮，LED1 熄滅，依此類推。將應(yīng)用程序存放在app_key_code_led_show.c 文件中，其接口聲明在app_key_code_led_show.h 文件中，詳見程序清單7.37 和程序清單7.38。

程序清單7.37 矩陣鍵盤應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)（app_key_code_led_show.c）

程序清單7.38 矩陣鍵盤應(yīng)用程序接口聲明（app_key_code_led_show.h）

使用MiniPort-Key 的4 個按鍵展示此應(yīng)用程序的功能的主程序詳見程序清單7.39。

程序清單7.39 矩陣鍵盤應(yīng)用程序主程序