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          一根信號線,代碼版本來相見

          作者:山坡羊時間:2019-08-28來源:電子產品世界收藏

          楔子

          本文引用地址:http://www.tyy68.com/article/201908/404193.htm

          嵌入式系統是硬件搭臺、軟件唱戲,就像你可以在同一個舞臺上演出不同的劇目一樣,嵌入式設備的硬件做好后,只要硬件上支持,你可以根據不同的功能要求燒寫不同的代碼。

          在嵌入式軟件的開發階段,需要經過多次更新迭代,軟件版本可以以“里程碑”的形式,通過版本標號(x.y)對各個軟件版本進行標識和區分。而且,一般情況下,不同的軟件版本中可能會隱藏不同表現形式的缺陷,為了提高軟件的可靠性和完善性能,需要查找缺陷或者定位缺陷的引入時間,這個時候就需要對不同版本的軟件進行并行測試,以定位缺陷的原因和具體位置。

          相比而言,硬件版本相對固定,分不出大哥和二哥,從而無法通過辨認硬件電路特征判斷當前被測試的軟件的版本,進而無法進一步分析。如果軟件本身包含版本信息,通過一種手段從軟件中獲得版本信息,便可以解決上述問題。

          顯然,這里有一個不言自明的需求:獲取當前的代碼版本信息。對于存在多個代碼版本的嵌入式硬件而言,這是一個“剛需”。

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          曾幾何時,讀取軟件版本只是中高端嵌入式設備的專利,責任越大,能力越大,中高端如它,總有讀取軟件版本信息并呈現出來的方法。

          低端設備忝列鄙視鏈的末端,它要么只有一種軟件實現的版本,從而根本不存在獲取代碼版本信息的需求,要么雖然有幾個版本,但是“有心殺賊,無力回天”,只能把代碼版本信息隱藏在卑微的塵埃里。

          但是,在很多情況下,低端設備也有獲取代碼版本信息的訴求。

          灑家需要做一款信號轉換器,其中,要把電機轉速信息(單位是rpm,轉/分鐘)轉換成車速信息(單位為km/h),根據公式,車速信息由變速箱的減速比、車輪直徑和電機轉速計算得來。

          這個信號轉換器非常之簡單,沒有任何通信端口,故而無法通過通信的方式、以配置的手段將不同的減速比和車輪直徑下載到信號轉換器中,讓信號轉換器根據不同的配置計算車速。

          為了實現信號轉換器的通用性,讓它可以適應不同的速比和輪徑,灑家采取的笨辦法是在同一個硬件上設計幾種不同的軟件版本,分別對應不同的減速比和車輪直徑,這樣一來,在相應的代碼中求同存異,就可以復用硬件資源并提高產品的開發效率。

          這種思路固然是好,可是問題是,在日常的生產、庫存管理中,如何從一群已經燒錄了代碼又長得一模一樣的信號轉換器中,辨認出它到底支持哪種速比和輪徑呢?

          于是,獲取代碼版本信息以就變得十分必要而且迫切了。

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          可是,沒有任何通信端口,沒有任何顯示界面,還想要獲取代碼版本信息,其可得乎?于是,灑家向周邊的同仁征詢意見。

          左邊的張工譏我癡人說夢,右邊的李工說我異想天開,前邊的徐工笑我癡心妄想,后面的趙工卻神秘兮兮地豎起一根手指,在我眼前晃來晃去,口中念念有詞:波羅波羅蜜,醒起!

          嘩啦啦四周潑下幾盆涼水來,眨眼間澆了我一個透心涼。在這鬧鬧哄哄的冷嘲熱諷中,灑家倒橫下一條心來:世界千奇百怪,眾生千差萬別,但是佛曰,眾生平等。代碼版本就像是人類的身份信息,怎么就答不得別人的一句-“尊兄臺甫?”

          獲取代碼版本的基本操作就是“你來問,我來答”,需要和外部世界進行交互。說到交互,自然需要借助信號轉換器當前的接口。接口接口,顧名思義,設備內部連接外部的端口。

          如前所述,這個信號轉換器是一個很簡單的產品,連接器上的端口都是一些普通的模擬輸入輸出端口、數字輸入輸出口、脈沖輸入和PWM輸出端口。

          看官們也許已經模模糊糊地想到了,可以從未使用的端子上下手,一個輸進去,就是“你來問”,一個輸出來,就是“我來答”。按鍵形式輸入,LED形式輸出,操作起來方便,顯示方式也直觀。

          灑家一開始也是這么想的,而且想得更為細致。

          可以在信號轉換器的外接線纜上用夾線針把其中兩根線的信號取出來,另一邊一個接按鍵,一個接LED。同時,當然要在信號轉換器的硬件上添加兩處電路,一處實現按鍵采集,一個實現LED輸出驅動,這些電路都很簡單,自不待言。

          想好解決方案后,灑家起身環顧,把張李諸工叫過來,鼓著腮幫子、噴著唾沫星子和他們講起了我的方案。當其時也,灑家突然心下一凜,想起了一個關鍵的問題:端口夠用否?

          我趕緊數了數信號轉換器連接器上還未曾使用過的端子,倒霉催的,沒有用過的端口居然只剩下一路了!待我把目光投向MCU的IO上時,更加心驚地發現,除了用過的IO口和仿真編程口,可用的IO口也只有一個了!

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          一支穿云箭,千軍萬馬來相見。斧頭幫的混混可以把牛皮吹破了天,可我現在只能對著板子大眼瞪著小眼。

          說出去的話,潑出去的水。大話已經出口,再難收回,怎么辦?

          只剩一根線,既要輸入,又得輸出,既可檢測出按鍵狀態,還要輸出得了LED的驅動,除了復用別無他途。而且,除了接口端子上要實現復用之外,MCU的IO那里也必須一腳兩用。

          大概而言,MCU IO長時間處于輸入狀態,檢測到按鍵按下后便切換為輸出模式,通過LED按照一定的規律顯示完代碼版本信息之后,便再次切換回輸入狀態。

          具體怎么實現就頗有些燒腦了。灑家調整好呼吸,正襟危坐,如入禪定,一點一滴地思索著。

          MCU的IO分時切換輸入和輸出方向,初始方向設置為輸入。周期性地讀取IO狀態,檢測按鍵的按下和彈起狀態。

          檢測到有效的按鍵按下時,等待按鍵彈起引發的IO狀態切換。當彈起時將IO口的方向設置為輸出,然后以脈沖的方式驅動LED。

          為了區分版本號中的大版本(又稱“基線版本”)和小版本(又稱“更新版本”),需要以不同的頻率輸出相應數量的方波脈沖,以方便觀察者判斷大版本和小版本號。

          比如,當版本號為2.4時,基線版本/大版本號為2,更新版本/小版本號為4。可以讓LED以頻率為2Hz、占空比為50%的PWM形式輸出2個周期方波,間歇2秒后,再以頻率為1Hz、占空比為50%的PWM形式輸出4個周期的方波脈沖。

          更一般的,版本號是a.b時,LED的閃爍方式為a個2Hz頻率方波+間歇2秒+b個1Hz頻率方波。

          當LED的顯示完成后,需要再次將IO腳設置為輸入方向,以等待下一次按鍵形式的問詢。通過在按鍵按下并彈起后統計2s間歇時間前后的LED閃爍次數,便可以得到基線版本和更新版本號。

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          相信經過上面的描述,各位看官已經大致了解了如何用一個IO口一個外接端子獲取代碼版本信息。但是,從硬件上怎么實現還有些摸不著頭腦。

          幫人幫到底,送佛送到西,灑家也不藏私,把電路圖貼上來。

          平時,IO口處于輸入狀態,按鍵處于彈起狀態,IO口處電平為低,LED處于熄滅狀態。當按下按鍵,R1上處短接VCC,IO口處電壓為高,而LED被反向截止,故而繼續處于熄滅狀態。對LED而言,只要IO口是輸入方向,無論按鍵按下還是彈起都是熄滅狀態。

          當將IO設置為輸出方向時,在按鍵處于彈起狀態的條件下,IO電平為高時,LED導通點亮,IO電平為低時,LED截止熄滅。

          如此一來,通過在單個IO管腳上實現按鍵檢測與LED驅動的復用,以最少的資源實現了便實現了軟件版本的獲取,該方案在資源極其受限的低端嵌入式設備領域上肯定具有廣泛的適用性。

          后記

          我和同事們通報了這種方案后,諸工依然不置可否,但灑家卻按捺不住地志得意滿。這種方式簡單高效,易于實現,正所謂:一根信號線,代碼版本來相見。



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