【二代示波器教程】第3章 示波器设计—功能划分和准备工作
第3章 示波器设计—功能划分和准备工作
本章节主要为大家讲解示波器的系统框架设计。
3.1 功能划分
3.2 任务优先级安排
3.3 按分类封装各种变量
3.4 选择编译器最高等级优化
3.5 制作工程模板
3.6 总结
3.1 功能划分
示波器的实现大致可以分为模拟信号的采集，波形处理，波形刷新和测量值显示，波形的控制调节和波形的存储浏览。将这些功能的实现落实到实际硬件上，详情如下：
1、模拟信号采集
STM32自带3个独立的ADC，分别是ADC1，ADC2和ADC3。实现双通道示波器，我们需要用到两个ADC，另外一个ADC用于简易电压采集。实际的使用中由于要采样频率可调，需要配置成定时器触发。虽然每个通道最高速度只有2.4Msps的采样率（实际应用中是配置到2.8Msps），但是每秒的采集的数据高达4.8MB左右，所以还得配合DMA一起使用，大大降低CPU的负担。
2、波形处理
波形处理就是指FFT，FIR，RMS，平均值，最大值，最小值和峰峰值的计算，这个功能需要交给一个单独的任务去做。
3、波形刷新和测量值显示
这个功能通过emWin任务就可以实现。
4、波形的控制调节
由于需要按键和触摸都可以调节，所以单独安排一个任务。
5、波形的存储浏览
波形的浏览继续放在emWin任务里面实现，而波形的存储记录需要放在一个单独的文件系统任务里面。
下面通过框图将这几个功能做个规划：
上面是初步的功能划分，有了这些划分后，实际程序设计的时候就会方便很多，在这个基础上再进一步调整。具体任务之间的通信机制在我们实现了各个功能后再实现。
3.2 任务优先级安排
首先emWin任务一定要是除了空闲任务，统计任务以外最低优先级的，因为emWin极其占用系统资源，而且时间长，如果这个任务设置为高优先级，会直接影响低优先级任务的执行。
DSP任务一定要是优先级最高的，因为采集的数据要实时处理。
触摸和按键任务，以及文件系统任务的优先级谁高谁低都没有关系。
知识点拓展
关于任务优先级的安排，在我们RTX操作系统教程第8章的8.2小节有些拓展：
http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=14837。
同时在我们FreeRTOS操作系统教程的第13章的13.2小节有些拓展：
http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=17658。
3.3 按分类封装各种变量
示波器的设计需要很多变量进行逻辑管理，从设计之初就需要将变量分类进行结构体封装，方便以后的维护升级。这一步至关重要，实际中差不多要定义上百个变量，如果不进行分类管理，以后的升级维护将非常麻烦。
这种方式还有一个好处是方便我们将F429的CCM RAM空间分配给这些变量使用。使用CCM RAM的好处是速度比通用RAM要快些，缺点是这部分空间不支持DMA操作。初次使用的用户比较容易在这个地方犯错误。所以在使用局部变量时，切勿将局部变量用于DMA传输。
3.4 选择编译器最高等级优化
为了发挥STM32F429的最高性能，需要大家开启最高等级优化和时间优化，即下面两个选项：
Optimization选择Level 3最高优先等级，并且开启Optimize forTime时间优化。
知识点拓展
关于如何使用MDK实现代码最小优化和性能最佳优化可以看这个帖子中KEIL做的专题教程：
http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1794。
3.5 制作工程模板
关于工程模板推荐如下三个例子：
1、V6-1016_STemWin提高篇实验_WAV，MP3软解播放器，带类似千千静听频谱（uCOS-III）
这个例子包含了uCOS-III + STemWin +FatFS。
2、V6-1017_STemWin提高篇实验_WAV，MP3软解播放器，带类似千千静听频谱（FreeRTOS）
这个例子包含了FreeRTOS + STemWin +FatFS。
3、V6-1018_STemWin提高篇实验_视频播放器（RTX版本，仅支持MDK4.74）
这个例子包含了RTX + emWin +RL-FlashFS。
当然，这三个只是推荐的，大家实际制作不必限制。也可以自己新建一个工程，但要包含RTOS，GUI和FS。另外这三个例程中原有的功能删掉即可，仅留下程序模板。整理好模板后，开启MDK的最高等级优化3和时间优化，测试系统是否正常运行。测试正常后就可以作为模板了。
知识点拓展
工程模板推荐例子的下载地址：
http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=23687 。
3.6 总结
工程设计初期的任务划分，任务优先级安排以及变量的统一管理还是比较重要的，这样各个任务可以在一个合理的框架下工作。不过设计的不好也没有关系，随着各个任务功能的实现，逐步修改完善即可。
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