本帖最后由 realjace 于 2020-1-1 19:45 编辑
基于LPC55S69平台的 多媒体控制系统
1项目概述 多媒体控制系统基于LPC55s69主控，使用3.2寸触摸彩屏做为人机交互，旨在让用户通过简单的触摸即可实现对设备的控制，如控制室内的灯光、音乐、空调等设备。
该系统充分发挥了LPC55s69的性能，在FreeRTOS系统中，150M主频双核M33相互配合完成系统任务：主核Core0用于处理主逻辑，包括显示图形处理、触摸数据处理、功能逻辑控制等，在图形处理中同时引入POWERQUAD加速计算速度；协核Core1用于刷新彩屏，其通过MCU的高速SPI（50M）+DMA方式驱动3.2寸彩屏，240*320的彩屏刷新频率可高达60Hz以上。该主控优秀的性能，使得本系统操作非常流畅！
本系统在发挥LPC55s69高性能的同时，也使用了它的POWER管理功能，以达到性能功耗的平衡。主核在没有事情处理时就会进入睡眠低功耗模式，此时通过中断（FreeRTOS的系统TICK）唤醒。协核在没有事情处理时也进入低功耗模式，其通过主核的通知中断来唤醒。
2 作品实物图
3 演示视频
多媒体控制系统：
灯光效果：
4 项目文档
资料已经上传网盘（代码+产品图片+文档）： 链接：https://pan.baidu.com/s/1i78XibQosa4uM1nKDZ_Mtw 提取码：zxvd
代码已经开源到git：
5 硬件本系统硬件包括：
5.1 硬件连线
LCD和TP
红外
6 系统设计说明 这里将描述系统的实现过程，以便给看到此工程的开发人员一些参考。本系统基于NXP的开发IDE MCUXpresso IDEv11.0.1_2563 开发，使用的LPC55S69 SDK版本为SDK_2.6.3_LPCXpresso55S69_MCUX.zip。
IDE 和SDK 可到官网[url=http://www.nxp.com.cn/products/processors-and-microcontrollers/arm-microcontrollers/general-purpose-mcus/lpc5500-cortex-m33/high-efficiency-arm-cortex-m33-based-microcontroller-family  PC55S6x?&tab=Documentation_Tab]下载[/url]
6.1 工程目录结构
windows资源管理器下的工程目录结构：
MCUXpresso 中的目录：
6.2 双核工程关联编译 系统的Core0和Core1代码是相互独立的，要建立两个工程来开发彼此的功能。MCUXpresso 提供了工程关联编译、链接的功能，需要作以下操作。
1、右键Core0工程进入 ’属性’，
2、在属性中的‘项目引用‘，勾选Core1的工程：
3、之后按下图设置：C/C++ Build-> Setting -> Mcu Linker ，在弹出的对话框中选中Core1工程的.o文件（core1工程需要单独编译后才有.o文件）
6.3 系统空间分配 MCU自带640KB的FLASH和320KB的RAM。MCU上电后先启动的Core0，Core0将Core1的代码从FLASH中复制到RAM中，将Core1从RAM启动。
6.3.1 RAM空间分配
将RAM分为3个区域，Ram0 198KB给CORE0使用，Ram1 68KB给CORE1使用，rpmsg_sh_mem 6KB预留给双核共享内存。 - 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空间分配 FLASH一共640KB，现在只使用了前608KB。Flash最前面存放.isr_vector，随后是编译到Ram1中的Core1代码，再后面是Core0的代码。
6.4 软件逻辑结构 本机为全触摸机器，所有功能操作都只能通过触摸实现。机器支持左右滑动切换界面，单点打开应用，右滑能出应用，而应用中的操作可以是各式各样的。 系统中的APP，有控制类的（控制灯、空调、音乐等），有小游戏之类的。
软件整体框架如图：
Core0基于FreeRTOS系统开发，Core1为裸机程序。Core0中引包括了本人发明的jace FS（文件系统）、jace GUI （图形库）两大内容，并且使用了独家创作的操作系统任务管理方式，各大软件相互高效配合，使得本系统操作非常流畅！ Core0通过触摸输入、系统事件触发调用GUI实现界面图形的处理，处理完成发送信号给Core1，Core1进入刷屏。
6.5 代码实现 系统代码比较多，这里列出几处理关键的地方。
6.5.1 双核通信 双核通过一个叫做和MailBox的东西相互通信，这个模块只有几个寄存器：
双核之间的通信（叫通知可能更贴切）每次只能传输4字节，如Core0通过把uint32_t类型的数据给IRQ1SET寄存器，Core1就会产生中断，在中断里面通过读取IRQ1寄存器就可以获取到Core0传过来的4字节数据。 所以如果要更好的使用双核，MailBox要配合共享内存空间使用，才能实现更多功能。
1、初始化Core0启动Core1： - MCMGR_Init();
- MCMGR_StartCore(kMCMGR_Core1, CORE1_BOOT_ADDRESS, (uint32_t)gui_get_front_fb(), kMCMGR_Start_Synchronous);
本系统中，Core0启动Core1时，把屏幕FB地址通过启动参数传输给Core1，Core1使用该BUF刷新屏幕。
2、注册通知回调 Core0为了能接收Core1的通知，需要注册中断回调函数： - 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中断回调函数中，把Core1通知发送给主任务，由主任务处理该事件。
3、发送通知 完成以上两步，接下来Core0就可以给Core1发数据了，以下展示Core0通知Core1刷屏的操作代码：
- //请求核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处理完成,超时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!\r\n");
- }
- else
- {
- OS_LOG("core1done!\r\n");
- }
- }
以上代码中，Core0发送通知RPMSG_FLUSH_SCREEN_REQ给Core1后，就进入等待Core1的处理回应，超时100ms。此时Core1那边接收到Core0的RPMSG_FLUSH_SCREEN_REQ请求后，会处理刷屏并返回一个RPMSG_FLUSH_SCREEN_DONE事件。到此一个刷屏通信完成。
Core1的处理方式这里就不描述了，和Core0类似，都是比较简单的处理，更多内容可以到工程中看代码。
6.5.2 PowerQuad使用 这个功能非常牛逼，能加速数学计算，常用的三角函数、开方、商等操作都能用该模块加速。本系统主要把powerquad功能用于GUI中的图形旋转、透明等操作，以减少时间，加速界面切换速度。
1、初始化
2、使用 在gui_math.c中，把函数封装给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，这个模块把系统电源分为几大块：
同时，系统支持的功耗模式：
系统上电后是ACTIVE模式，其他模式都是要软件去配置才能进入的。在ACTIVE模式中，MCU全速150MHZ双核在运行，此时本系统的功耗非常大（后面有数据）,很有必要使用Power管理功能。 遗憾的是SDK没有提供FreeRTOS的功耗管理用例（或者是我没有找到），所以本系统的功耗管理方法是本人根据开发FreeRTOS经验去配置的，但管理确实是有效果的。下面我将把我的方法描述下来，另外不得不说功耗管理是个很麻烦的东西，这里是仔细查看了芯片手册的Chapter 14和Chapter 15这两章设置的。 值得注意的是，SDK提供的FreeRTOS系统是用的System Tick，而这个时钟不能配置为睡眠唤醒时钟的，所以要想要FreeRTOS中使用DeepSleep或者更低功耗的模式，必须要把FreeRTOS的时钟更换为能作为唤醒源的定时器，如CTIMER、UTICK、RTC等。这里由于时间关系暂时不以实现。
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
然后实现prvSystemSleep函数。 - #if configUSE_TICKLESS_IDLE>0
- void prvSystemSleep( uint32_t xExpectedIdleTime )
- {
- POWER_EnterSleep();
- }
- #endif
2、电流测量将电流表接在开发板P12座子上：
电流数据（使用4位半电流表测量，可能有误差）：
6.5.4 系统代码启动流程//有空再补充
6.5.5 APP开发 本系统的开发以APP为单位（类似于智能机），比如本系统中的“灯光设置”应用，需要这样去定义： - 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都要添加到系统APP列表中，它们的启动、退出都由系统的APP管理模块管理着，非常的统一、方便、智能。
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发表于 2020-1-1 19:26:44
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