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/*
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* 自然写智能点阵笔嵌入式固件软件 V1.0
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* main.c - 主函数入口与RTOS任务创建
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*
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* 功能说明：
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* 1. 系统硬件初始化（GPIO/SPI/I2C/ADC/DMA）
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* 2. FreeRTOS内核启动与任务创建
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* 3. 各功能模块初始化协调
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* 4. 看门狗定时器配置
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* 5. 系统错误处理与故障恢复
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*
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* 硬件平台：ARM Cortex-M4F MCU
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* RTOS：FreeRTOS 10.x
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*/
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#include <stdint.h>
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#include <stdbool.h>
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#include <string.h>
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#include <stdio.h>
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/* FreeRTOS头文件 */
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#include "FreeRTOS.h"
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#include "task.h"
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#include "queue.h"
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#include "semphr.h"
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#include "timers.h"
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#include "event_groups.h"
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/* 硬件抽象层头文件 */
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#include "hal_gpio.h"
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#include "hal_spi.h"
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#include "hal_i2c.h"
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#include "hal_adc.h"
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#include "hal_dma.h"
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||||
#include "hal_wdt.h"
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||||
#include "hal_flash.h"
|
||||
#include "hal_rtc.h"
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/* 功能模块头文件 */
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#include "camera_driver.h"
|
||||
#include "pressure_sensor.h"
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||||
#include "led_driver.h"
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||||
#include "ble_gatt_server.h"
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||||
#include "dot_decoder.h"
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||||
#include "power_manager.h"
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#include "offline_storage.h"
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/* ========== 任务优先级定义 ========== */
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/* 图像采集任务（最高优先级，需要精确的100Hz定时） */
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#define TASK_IMAGE_CAPTURE_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 1)
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/* 坐标计算任务 */
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#define TASK_COORDINATE_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 2)
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/* BLE发送任务 */
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#define TASK_BLE_SEND_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 3)
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/* 电源监测任务（较低优先级） */
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#define TASK_POWER_MONITOR_PRIORITY (tskIDLE_PRIORITY + 2)
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/* 看门狗喂狗任务 */
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#define TASK_WATCHDOG_PRIORITY (tskIDLE_PRIORITY + 1)
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/* ========== 任务栈大小定义（单位：字） ========== */
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#define TASK_IMAGE_CAPTURE_STACK_SIZE 512
|
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#define TASK_COORDINATE_STACK_SIZE 1024
|
||||
#define TASK_BLE_SEND_STACK_SIZE 512
|
||||
#define TASK_POWER_MONITOR_STACK_SIZE 256
|
||||
#define TASK_WATCHDOG_STACK_SIZE 128
|
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/* ========== 全局队列与信号量 ========== */
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||||
/* 图像数据队列（采集任务 → 坐标计算任务） */
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||||
QueueHandle_t g_image_data_queue;
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||||
/* 坐标数据队列（坐标计算 → BLE发送） */
|
||||
QueueHandle_t g_coordinate_queue;
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||||
/* BLE连接状态事件组 */
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||||
EventGroupHandle_t g_ble_event_group;
|
||||
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||||
/* 系统状态互斥锁 */
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||||
SemaphoreHandle_t g_system_mutex;
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||||
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||||
/* ========== 事件位定义 ========== */
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||||
#define EVT_BLE_CONNECTED (1 << 0)
|
||||
#define EVT_BLE_DISCONNECTED (1 << 1)
|
||||
#define EVT_PEN_DOWN (1 << 2)
|
||||
#define EVT_PEN_UP (1 << 3)
|
||||
#define EVT_LOW_BATTERY (1 << 4)
|
||||
#define EVT_CHARGING (1 << 5)
|
||||
#define EVT_OTA_START (1 << 6)
|
||||
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||||
/* ========== 全局系统状态 ========== */
|
||||
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typedef struct {
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||||
bool pen_is_down; /* 笔尖是否接触纸面 */
|
||||
bool ble_connected; /* BLE是否已连接 */
|
||||
bool is_charging; /* 是否正在充电 */
|
||||
uint8_t battery_percent; /* 电量百分比 */
|
||||
uint32_t total_strokes; /* 累计笔画数 */
|
||||
uint32_t uptime_seconds; /* 运行时长 */
|
||||
uint8_t error_flags; /* 错误标志位 */
|
||||
} SystemState;
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||||
static SystemState g_system_state;
|
||||
|
||||
/* ========== 任务句柄 ========== */
|
||||
|
||||
static TaskHandle_t g_task_image_capture;
|
||||
static TaskHandle_t g_task_coordinate;
|
||||
static TaskHandle_t g_task_ble_send;
|
||||
static TaskHandle_t g_task_power_monitor;
|
||||
static TaskHandle_t g_task_watchdog;
|
||||
|
||||
/* ========== 函数前向声明 ========== */
|
||||
|
||||
static void hardware_init(void);
|
||||
static void create_rtos_objects(void);
|
||||
static void create_tasks(void);
|
||||
static void watchdog_task(void *pvParameters);
|
||||
|
||||
/* 外部任务函数（各功能模块中实现） */
|
||||
extern void image_capture_task(void *pvParameters);
|
||||
extern void coordinate_task(void *pvParameters);
|
||||
extern void ble_send_task(void *pvParameters);
|
||||
extern void power_monitor_task(void *pvParameters);
|
||||
|
||||
/* ========== 主函数 ========== */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 系统入口点
|
||||
* 完成硬件初始化后启动FreeRTOS调度器
|
||||
*/
|
||||
int main(void) {
|
||||
/* 步骤1：系统时钟配置（PLL → 168MHz） */
|
||||
SystemClock_Config();
|
||||
|
||||
/* 步骤2：基础硬件初始化 */
|
||||
hardware_init();
|
||||
|
||||
/* 步骤3：LED指示启动中（蓝色闪烁） */
|
||||
led_set_mode(LED_MODE_BLINK_BLUE);
|
||||
|
||||
/* 步骤4：初始化全局状态 */
|
||||
memset(&g_system_state, 0, sizeof(g_system_state));
|
||||
|
||||
/* 步骤5：创建RTOS同步对象 */
|
||||
create_rtos_objects();
|
||||
|
||||
/* 步骤6：创建功能任务 */
|
||||
create_tasks();
|
||||
|
||||
/* 步骤7：启动看门狗定时器（超时8秒） */
|
||||
hal_wdt_init(8000);
|
||||
hal_wdt_start();
|
||||
|
||||
/* 步骤8：启动FreeRTOS调度器（不应返回） */
|
||||
vTaskStartScheduler();
|
||||
|
||||
/* 如果到达这里说明调度器启动失败 */
|
||||
led_set_mode(LED_MODE_SOLID_RED);
|
||||
while (1) {
|
||||
/* 系统错误，死循环 */
|
||||
}
|
||||
|
||||
return 0;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ========== 硬件初始化 ========== */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 初始化所有硬件外设
|
||||
*/
|
||||
static void hardware_init(void) {
|
||||
/* GPIO初始化（笔尖接触检测引脚、充电检测引脚） */
|
||||
hal_gpio_init();
|
||||
|
||||
/* SPI初始化（连接CMOS图像传感器，主模式 8MHz） */
|
||||
hal_spi_init(SPI_PORT_1, SPI_MODE_MASTER, 8000000);
|
||||
|
||||
/* I2C初始化（连接压力传感器和IMU） */
|
||||
hal_i2c_init(I2C_PORT_1, 400000); /* 400kHz快速模式 */
|
||||
|
||||
/* ADC初始化（电池电压检测，12位分辨率） */
|
||||
hal_adc_init(ADC_CHANNEL_BATTERY, ADC_RESOLUTION_12BIT);
|
||||
|
||||
/* DMA初始化（SPI图像数据DMA传输） */
|
||||
hal_dma_init(DMA_CHANNEL_SPI_RX);
|
||||
|
||||
/* Flash初始化（离线缓存存储） */
|
||||
hal_flash_init();
|
||||
|
||||
/* RTC初始化（时间戳生成） */
|
||||
hal_rtc_init();
|
||||
|
||||
/* 摄像头传感器初始化 */
|
||||
camera_driver_init();
|
||||
|
||||
/* 压力传感器校准 */
|
||||
pressure_sensor_init();
|
||||
pressure_sensor_calibrate();
|
||||
|
||||
/* LED驱动初始化 */
|
||||
led_driver_init();
|
||||
|
||||
/* BLE协议栈初始化 */
|
||||
ble_gatt_server_init();
|
||||
|
||||
/* 点阵码解码器初始化 */
|
||||
dot_decoder_init();
|
||||
|
||||
/* 电源管理初始化 */
|
||||
power_manager_init();
|
||||
|
||||
/* 离线存储初始化 */
|
||||
offline_storage_init();
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ========== RTOS对象创建 ========== */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 创建队列、信号量、事件组等RTOS同步对象
|
||||
*/
|
||||
static void create_rtos_objects(void) {
|
||||
/*
|
||||
* 图像数据队列：采集任务以100Hz频率产生数据
|
||||
* 队列深度10帧，每帧包含图像元数据（不含原始像素）
|
||||
*/
|
||||
g_image_data_queue = xQueueCreate(10, sizeof(ImageFrameMetadata));
|
||||
configASSERT(g_image_data_queue != NULL);
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* 坐标数据队列：坐标计算结果 → BLE发送
|
||||
* 队列深度20，容纳突发计算结果
|
||||
*/
|
||||
g_coordinate_queue = xQueueCreate(20, sizeof(CoordinatePacket));
|
||||
configASSERT(g_coordinate_queue != NULL);
|
||||
|
||||
/* BLE事件组 */
|
||||
g_ble_event_group = xEventGroupCreate();
|
||||
configASSERT(g_ble_event_group != NULL);
|
||||
|
||||
/* 系统状态互斥锁 */
|
||||
g_system_mutex = xSemaphoreCreateMutex();
|
||||
configASSERT(g_system_mutex != NULL);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ========== 任务创建 ========== */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 创建所有FreeRTOS任务
|
||||
*/
|
||||
static void create_tasks(void) {
|
||||
BaseType_t ret;
|
||||
|
||||
/* 图像采集任务（100Hz定时采集CMOS图像） */
|
||||
ret = xTaskCreate(image_capture_task, "ImgCap",
|
||||
TASK_IMAGE_CAPTURE_STACK_SIZE, NULL,
|
||||
TASK_IMAGE_CAPTURE_PRIORITY, &g_task_image_capture);
|
||||
configASSERT(ret == pdPASS);
|
||||
|
||||
/* 坐标计算任务（点阵码解码+坐标计算） */
|
||||
ret = xTaskCreate(coordinate_task, "CoordCalc",
|
||||
TASK_COORDINATE_STACK_SIZE, NULL,
|
||||
TASK_COORDINATE_PRIORITY, &g_task_coordinate);
|
||||
configASSERT(ret == pdPASS);
|
||||
|
||||
/* BLE发送任务（坐标数据打包+BLE通知发送） */
|
||||
ret = xTaskCreate(ble_send_task, "BLESend",
|
||||
TASK_BLE_SEND_STACK_SIZE, NULL,
|
||||
TASK_BLE_SEND_PRIORITY, &g_task_ble_send);
|
||||
configASSERT(ret == pdPASS);
|
||||
|
||||
/* 电源监测任务（电池电压/充电状态/低功耗管理） */
|
||||
ret = xTaskCreate(power_monitor_task, "PwrMon",
|
||||
TASK_POWER_MONITOR_STACK_SIZE, NULL,
|
||||
TASK_POWER_MONITOR_PRIORITY, &g_task_power_monitor);
|
||||
configASSERT(ret == pdPASS);
|
||||
|
||||
/* 看门狗喂狗任务 */
|
||||
ret = xTaskCreate(watchdog_task, "WDT",
|
||||
TASK_WATCHDOG_STACK_SIZE, NULL,
|
||||
TASK_WATCHDOG_PRIORITY, &g_task_watchdog);
|
||||
configASSERT(ret == pdPASS);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ========== 看门狗任务 ========== */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 看门狗喂狗任务
|
||||
* 周期性喂狗，防止系统死锁导致的假死
|
||||
* 如果各功能任务异常停止，看门狗将触发系统复位
|
||||
*/
|
||||
static void watchdog_task(void *pvParameters) {
|
||||
(void)pvParameters;
|
||||
|
||||
TickType_t last_wake_time = xTaskGetTickCount();
|
||||
|
||||
while (1) {
|
||||
/* 每2秒喂一次狗（看门狗超时8秒，留足余量） */
|
||||
hal_wdt_feed();
|
||||
|
||||
/* 更新运行时长 */
|
||||
if (xSemaphoreTake(g_system_mutex, pdMS_TO_TICKS(100)) == pdTRUE) {
|
||||
g_system_state.uptime_seconds += 2;
|
||||
xSemaphoreGive(g_system_mutex);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* 检查各任务是否正常运行 */
|
||||
if (eTaskGetState(g_task_image_capture) == eSuspended &&
|
||||
g_system_state.pen_is_down) {
|
||||
/* 图像采集任务异常挂起但笔在书写，尝试恢复 */
|
||||
vTaskResume(g_task_image_capture);
|
||||
}
|
||||
|
||||
vTaskDelayUntil(&last_wake_time, pdMS_TO_TICKS(2000));
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
/* ========== FreeRTOS回调函数 ========== */
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 栈溢出钩子函数
|
||||
* 任何任务发生栈溢出时被调用
|
||||
*/
|
||||
void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName) {
|
||||
/* 记录错误信息到Flash */
|
||||
g_system_state.error_flags |= 0x01;
|
||||
|
||||
/* LED红色快闪指示严重错误 */
|
||||
led_set_mode(LED_MODE_FAST_BLINK_RED);
|
||||
|
||||
/* 触发系统复位 */
|
||||
hal_system_reset();
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* Malloc失败钩子函数
|
||||
*/
|
||||
void vApplicationMallocFailedHook(void) {
|
||||
g_system_state.error_flags |= 0x02;
|
||||
led_set_mode(LED_MODE_FAST_BLINK_RED);
|
||||
hal_system_reset();
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* 空闲任务钩子函数
|
||||
* 在CPU空闲时进入低功耗模式以节省电量
|
||||
*/
|
||||
void vApplicationIdleHook(void) {
|
||||
/* 如果笔没有在书写且BLE空闲，进入轻度睡眠 */
|
||||
if (!g_system_state.pen_is_down && !g_system_state.ble_connected) {
|
||||
power_enter_light_sleep();
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
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