基于LPC55S69平臺(tái)的多媒體控制系統(tǒng)，使用3.2寸觸摸彩屏做為人機(jī)交互

1項(xiàng)目概述

多媒體控制系統(tǒng)基于LPC55s69主控，使用3.2寸觸摸彩屏做為人機(jī)交互，旨在讓用戶通過(guò)簡(jiǎn)單的觸摸即可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，如控制室內(nèi)的燈光、音樂(lè)、空調(diào)等設(shè)備。

該系統(tǒng)充分發(fā)揮了LPC55s69的性能，在FreeRTOS系統(tǒng)中，150M主頻雙核M33相互配合完成系統(tǒng)任務(wù)：主核Core0用于處理主邏輯，包括顯示圖形處理、觸摸數(shù)據(jù)處理、功能邏輯控制等，在圖形處理中同時(shí)引入POWERQUAD加速計(jì)算速度；協(xié)核Core1用于刷新彩屏，其通過(guò)MCU的高速SPI（50M）+DMA方式驅(qū)動(dòng)3.2寸彩屏，240*320的彩屏刷新頻率可高達(dá)60Hz以上。該主控優(yōu)秀的性能，使得本系統(tǒng)操作非常流暢！

本系統(tǒng)在發(fā)揮LPC55s69高性能的同時(shí)，也使用了它的POWER管理功能，以達(dá)到性能功耗的平衡。主核在沒(méi)有事情處理時(shí)就會(huì)進(jìn)入睡眠低功耗模式，此時(shí)通過(guò)中斷（FreeRTOS的系統(tǒng)TICK）喚醒。協(xié)核在沒(méi)有事情處理時(shí)也進(jìn)入低功耗模式，其通過(guò)主核的通知中斷來(lái)喚醒。

2 作品實(shí)物圖

3?演示視頻

多媒體控制系統(tǒng)：

https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ4ODg3ODYzMg==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1

燈光效果：

https://v.youku.com/v_show/id_XNDQ4OTAxNDk0MA==.html?spm=a2h3j.8428770.3416059.1

4?項(xiàng)目文檔

資料已經(jīng)上傳網(wǎng)盤（代碼+產(chǎn)品圖片+文檔）：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1i78XibQosa4uM1nKDZ_Mtw

提取碼：zxvd

代碼已經(jīng)開(kāi)源到git：

https://gitee.com/jacelin/multimedia_control_system

5?硬件

本系統(tǒng)硬件包括：

5.1 硬件連線

LCD和TP

紅外

6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

這里將描述系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以便給看到此工程的開(kāi)發(fā)人員一些參考。本系統(tǒng)基于NXP的開(kāi)發(fā)IDE MCUXpresso IDEv11.0.1_2563 開(kāi)發(fā)，使用的LPC55S69 SDK版本為SDK_2.6.3_LPCXpresso55S69_MCUX.zip。

IDE和SDK可到官網(wǎng)[url=https://www.nxp.com.cn/products/processors-and-microcontrollers/arm-microcontrollers/general-purpose-mcus/lpc5500-cortex-m33/high-efficiency-arm-cortex-m33-based-microcontroller-familyPC55S6x?&tab=Documentation_Tab]下載[/url]

6.1 工程目錄結(jié)構(gòu)

windows資源管理器下的工程目錄結(jié)構(gòu)：

MCUXpresso?中的目錄：

6.2?雙核工程關(guān)聯(lián)編譯

系統(tǒng)的Core0和Core1代碼是相互獨(dú)立的，要建立兩個(gè)工程來(lái)開(kāi)發(fā)彼此的功能。MCUXpresso 提供了工程關(guān)聯(lián)編譯、鏈接的功能，需要作以下操作。

1、右鍵Core0工程進(jìn)入?’屬性’，

2、在屬性中的‘項(xiàng)目引用‘，勾選Core1的工程：

3、之后按下圖設(shè)置：C/C++ Build-> Setting -> Mcu Linker?，在彈出的對(duì)話框中選中Core1工程的.o文件（core1工程需要單獨(dú)編譯后才有.o文件）

6.3 系統(tǒng)空間分配

MCU自帶640KB的FLASH和320KB的RAM。MCU上電后先啟動(dòng)的Core0，Core0將Core1的代碼從FLASH中復(fù)制到RAM中，將Core1從RAM啟動(dòng)。

6.3.1 RAM空間分配

將RAM分為3個(gè)區(qū)域，Ram0 198KB給CORE0使用，Ram1 68KB給CORE1使用，rpmsg_sh_mem 6KB預(yù)留給雙核共享內(nèi)存。

MEMORY
{
  /* Define each memory region */
  PROGRAM_FLASH (rx) : ORIGIN = 0x0, LENGTH = 0x98000 /* 608K bytes (alias Flash) */  
  Ram0 (rwx) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 0x31800 /* 198K bytes (alias RAM) */  
  Ram1 (rwx) : ORIGIN = 0x20033000, LENGTH = 0x11000 /* 68K bytes (alias RAM2) */  
  rpmsg_sh_mem (rwx) : ORIGIN = 0x20031800, LENGTH = 0x1800 /* 6K bytes (alias RAM3) */  
}

6.3.2 FLASH空間分配

FLASH一共640KB，現(xiàn)在只使用了前608KB。Flash最前面存放.isr_vector，隨后是編譯到Ram1中的Core1代碼，再后面是Core0的代碼。

6.4?軟件邏輯結(jié)構(gòu)

本機(jī)為全觸摸機(jī)器，所有功能操作都只能通過(guò)觸摸實(shí)現(xiàn)。機(jī)器支持左右滑動(dòng)切換界面，單點(diǎn)打開(kāi)應(yīng)用，右滑能出應(yīng)用，而應(yīng)用中的操作可以是各式各樣的。

系統(tǒng)中的APP，有控制類的（控制燈、空調(diào)、音樂(lè)等），有小游戲之類的。

軟件整體框架如圖：

Core0基于FreeRTOS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，Core1為裸機(jī)程序。Core0中引包括了本人發(fā)明的jace FS（文件系統(tǒng)）、jace GUI?（圖形庫(kù)）兩大內(nèi)容，并且使用了獨(dú)家創(chuàng)作的操作系統(tǒng)任務(wù)管理方式，各大軟件相互高效配合，使得本系統(tǒng)操作非常流暢！

Core0通過(guò)觸摸輸入、系統(tǒng)事件觸發(fā)調(diào)用GUI實(shí)現(xiàn)界面圖形的處理，處理完成發(fā)送信號(hào)給Core1，Core1進(jìn)入刷屏。

6.5 代碼實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)代碼比較多，這里列出幾處理關(guān)鍵的地方。

6.5.1 雙核通信

雙核通過(guò)一個(gè)叫做和MailBox的東西相互通信，這個(gè)模塊只有幾個(gè)寄存器：

雙核之間的通信（叫通知可能更貼切）每次只能傳輸4字節(jié)，如Core0通過(guò)把uint32_t類型的數(shù)據(jù)給IRQ1SET寄存器，Core1就會(huì)產(chǎn)生中斷，在中斷里面通過(guò)讀取IRQ1寄存器就可以獲取到Core0傳過(guò)來(lái)的4字節(jié)數(shù)據(jù)。
所以如果要更好的使用雙核，MailBox要配合共享內(nèi)存空間使用，才能實(shí)現(xiàn)更多功能。

1、初始化

Core0啟動(dòng)Core1：

MCMGR_Init();
MCMGR_StartCore(kMCMGR_Core1, CORE1_BOOT_ADDRESS, (uint32_t)gui_get_front_fb(), kMCMGR_Start_Synchronous);

本系統(tǒng)中，Core0啟動(dòng)Core1時(shí)，把屏幕FB地址通過(guò)啟動(dòng)參數(shù)傳輸給Core1，Core1使用該BUF刷新屏幕。

2、注冊(cè)通知回調(diào)

Core0為了能接收Core1的通知，需要注冊(cè)中斷回調(diào)函數(shù)：

static void RPMsgRemoteReadyEventHandler(uint16_t eventData, void *context)
{
    if(eventData==RPMSG_FLUSH_SCREEN_DONE)
    {
       if(core1_req_task)
       {
           OS_TASK_NOTIFY_FROM_ISR(core1_req_task,REQ_COMPLETE,OS_NOTIFY_SET_BITS);
       }
    }
}
MCMGR_RegisterEvent(kMCMGR_RemoteApplicationEvent, RPMsgRemoteReadyEventHandler,0);

在Core0中斷回調(diào)函數(shù)中，把Core1通知發(fā)送給主任務(wù)，由主任務(wù)處理該事件。

3、發(fā)送通知

完成以上兩步，接下來(lái)Core0就可以給Core1發(fā)數(shù)據(jù)了，以下展示Core0通知Core1刷屏的操作代碼：

//請(qǐng)求核1刷屏
void notif_cor1_flush_screen()
{
    uint32_t notif;
   core1_req_task=OS_GET_CURRENT_TASK();
   OS_ENTER_CRITICAL_SECTION();
   MCMGR_TriggerEventForce(kMCMGR_RemoteApplicationEvent, RPMSG_FLUSH_SCREEN_REQ);
   OS_LEAVE_CRITICAL_SECTION();
    //等待核1處理完成,超時(shí)100ms
   OS_TASK_NOTIFY_WAIT(0x0, OS_TASK_NOTIFY_ALL_BITS, ?if,OS_MS_2_TICKS(100));
    if ((notif&REQ_COMPLETE) == 0)
    {
       OS_LOG("core1handle err!rn");
    }
    else
    {
       OS_LOG("core1done!rn");
    }
}

以上代碼中，Core0發(fā)送通知RPMSG_FLUSH_SCREEN_REQ給Core1后，就進(jìn)入等待Core1的處理回應(yīng)，超時(shí)100ms。此時(shí)Core1那邊接收到Core0的RPMSG_FLUSH_SCREEN_REQ請(qǐng)求后，會(huì)處理刷屏并返回一個(gè)RPMSG_FLUSH_SCREEN_DONE事件。到此一個(gè)刷屏通信完成。

Core1的處理方式這里就不描述了，和Core0類似，都是比較簡(jiǎn)單的處理，更多內(nèi)容可以到工程中看代碼。

6.5.2 PowerQuad使用

這個(gè)功能非常牛逼，能加速數(shù)學(xué)計(jì)算，常用的三角函數(shù)、開(kāi)方、商等操作都能用該模塊加速。本系統(tǒng)主要把powerquad功能用于GUI中的圖形旋轉(zhuǎn)、透明等操作，以減少時(shí)間，加速界面切換速度。

1、初始化

PQ_Init(POWERQUAD);

2、使用

在gui_math.c中，把函數(shù)封裝給GUI使用。

float gui_sqrt(float __x)
{
   PQ_SqrtF32(&__x, &__x);
    return __x;
}
float gui_cos(float __x)
{
   PQ_CosF32(&__x, &__x);
    return __x;
}
float gui_sin(float __x)
{
   PQ_SinF32(&__x, &__x);
    return __x;
}
float gui_div(float __x,float __y)
{
   PQ_DivF32(&__x, &__y, &__x);
    return __x;
}

6.5.3?功耗控制

功耗管理使用的是MCU的Power Management功能，這個(gè)模塊把系統(tǒng)電源分為幾大塊：

同時(shí)，系統(tǒng)支持的功耗模式：

系統(tǒng)上電后是ACTIVE模式，其他模式都是要軟件去配置才能進(jìn)入的。在ACTIVE模式中，MCU全速150MHZ雙核在運(yùn)行，此時(shí)本系統(tǒng)的功耗非常大（后面有數(shù)據(jù)）,很有必要使用Power管理功能。

遺憾的是SDK沒(méi)有提供FreeRTOS的功耗管理用例（或者是我沒(méi)有找到），所以本系統(tǒng)的功耗管理方法是本人根據(jù)開(kāi)發(fā)FreeRTOS經(jīng)驗(yàn)去配置的，但管理確實(shí)是有效果的。下面我將把我的方法描述下來(lái)，另外不得不說(shuō)功耗管理是個(gè)很麻煩的東西，這里是仔細(xì)查看了芯片手冊(cè)的Chapter 14和Chapter 15這兩章設(shè)置的。

值得注意的是，SDK提供的FreeRTOS系統(tǒng)是用的System Tick，而這個(gè)時(shí)鐘不能配置為睡眠喚醒時(shí)鐘的，所以要想要FreeRTOS中使用DeepSleep或者更低功耗的模式，必須要把FreeRTOS的時(shí)鐘更換為能作為喚醒源的定時(shí)器，如CTIMER、UTICK、RTC等。這里由于時(shí)間關(guān)系暫時(shí)不以實(shí)現(xiàn)。

1、配置FreeRTOS低功耗模式

在FreeRTOSConfig.h中，增加以下配置：

extern void prvSystemSleep(uint32_t xExpectedIdleTime );
#define portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP(x )       prvSystemSleep( x )
#define configUSE_TICKLESS_IDLE                 2

然后實(shí)現(xiàn)prvSystemSleep函數(shù)。

#if configUSE_TICKLESS_IDLE>0
void prvSystemSleep( uint32_t xExpectedIdleTime )
{
   POWER_EnterSleep();
}
#endif

2、電流測(cè)量

將電流表接在開(kāi)發(fā)板P12座子上：

電流數(shù)據(jù)（使用4位半電流表測(cè)量，可能有誤差）：

6.5.4 系統(tǒng)代碼啟動(dòng)流程

//有空再補(bǔ)充

6.5.5 APP開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)以APP為單位（類似于智能機(jī)），比如本系統(tǒng)中的“燈光設(shè)置”應(yīng)用，需要這樣去定義：

static const app_inst_info_t _app_info=
{
   .app_id=SYS_APP_ID_LIGHT,
   .file_id=APP_INST_PKG_FILE_ID,
   .type=APP_TYPE_TOOL,
   .reserved={0,0},
   .elf_inrom_addr=INVALID_ELF_INROM_ADDR,
   .elf_inrom_size=0,
   .elf_inram_addr=INVALID_ELF_INRAM_ADDR,
   .main=_main,
};
static os_app_node_t app_node=
{
   .list = LIST_INIT(app_node.list),
   .info=&_app_info,
   .priority = APP_PRIORITY_LOWEST,
};
void app_light_init(void)
{
   os_app_add(&app_node);
}

所有的APP都要添加到系統(tǒng)APP列表中，它們的啟動(dòng)、退出都由系統(tǒng)的APP管理模塊管理著，非常的統(tǒng)一、方便、智能。