c - C 中振荡器的软件实现

Question

我一直在用C语言开发一个控制软件。我决定花一些时间开发通用功能 block ，可用于我将来开发的其他程序(某种类型的库)。我的软件从应用的角度分为两个主要部分。一部分是控制部分(PI Controller 、调制器、锁相环等)第二个是逻辑部分(应用程序的有限状态机等)。逻辑部分使用逻辑信号。这些信号由逻辑门和触发器的软件实现处理。我的目标也是实现振荡器的某些软件版本。我的意思是一些功能 block 能够在其输出端以规定的周期和占空比产生 0 和 1 之间的振荡。原则上我可以在一个程序中有多个这样的振荡器。所以我有决定以下列方式实现振荡器。振荡器的产生是由一个函数完成的，振荡器的每个实例都是由先前定义的结构的一个实例实现的。该结构包含作为主要项目的振荡周期、占空比和振荡器执行周期，即 RTOS 任务的执行周期，其中的实例振荡器被放置。基于振荡周期和任务执行周期产生振荡函数振荡

void OSC(uint32_t output, Osc_t *p){

    // p->T is the task execution period in ms
    // p->period is the desired oscillations period in ms
    // p->counter is the internal state of the oscillator
    p->delay_count = (uint16_t)((p->period)/(2*p->T));

    if(++(p->counter) >= p->delay_count){
        p->counter = 0;
        NegLogicSignal(output);
    }
}   

下面是包含各个振荡器实例状态的结构

typedef struct{
 float period;         // period of the oscillations (ms)
 float T;              // function execution period (ms)
 uint16_t counter;     // initial number of execution periods
 uint16_t delay_count; // number of execution periods corresponding to half 
                       // period
}Osc_t;

振荡器函数的用法如下

Debug_LED_Oscillator_state.T = 1;        // T = 1 ms
Debug_LED_Oscillator_state.period = 500; // period 0.5 s = 500 ms
OSC(LDbgLedOsc, &Debug_LED_Oscillator_state);

我的问题是我必须将我的振荡器之一放在最快的任务中(执行周期为 1 毫秒的任务)因为我无法在另一个任务中达到 500 毫秒的周期(半周期 250 毫秒)，因为我的其余任务的执行周期不合适 500 毫秒(20 毫秒和 100 毫秒，即 250/20 = 12.5 - 不是整数值和 250/100 = 2.5 - 也不是整数值)。问题是我在另一个任务中有其余的应用程序逻辑。

预期用途是为 LED 闪烁模式生成逻辑信号。问题是我必须将振荡器移动到逻辑上不同的任务，只是因为我无法在逻辑上适当的任务中达到所需的计时精度(因为商 half_period/execution_period 的非整数值)。我正在考虑不同的实现方式，可以将振荡器置于逻辑上适当的任务并实现所需的定时精度。

我想到了以下解决方案。我将定义一组全局变量(uint16_t Timer_1ms、uint16_t Timer_5ms 等)。这些全局变量将在最高优先级任务中递增(在我的例子中是 Task_1ms)。我将重新定义OSC功能

void OSC(uint32_t output, Osc_t *p){

float act_time;

taskENTER_CRITICAL();

    switch(p->timer_type){

        case TMR_1MS:
            act_time = Timer_1ms;
        break;

        case TMR_5MS:
            act_time = Timer_5ms;
        break;

    }

taskEXIT_CRITICAL();


if(p->init){

    SetLogicSignal(output);

    switch(p->timer_type){

        case TMR_1MS:
            p->delta = ((p->period)/(2*1*p->T));
        break;

        case TMR_5MS:
            p->delta = ((p->period)/(2*5*p->T));
        break;

    }

    p->stop_time = (act_time + p->delta);
    p->init  = FALSE;

}

if(act_time >= (p->stop_time)){

    NegLogicSignal(output);
    p->stop_time = (act_time + p->delta);

}

和振荡器结构

// oscillator state 
typedef struct{
  float   period;      // period of the oscillations (ms)
  float   T;           // function execution period (ms)           
  float   delta;       // half_period in timer counts   
  float   stop_time;   // timer counts when to negate the output
  BOOL    init;        // force initialization of the timer
  timer_e timer_type; 
}Osc_t;

我试过这个解决方案，但似乎不起作用。有人知道为什么吗？提前感谢您的任何建议。

Answer 1

RTOS 的线程在执行具有软期限的任务时非常有用。软期限意味着如果执行延迟系统不会失败。在您的情况下，振荡器有一个严格的截止日期，例如如果 PWM 的占空比不精确和稳定，电机将不会具有理想的恒定角速度。在这种情况下，您必须使用 MCU 的可用定时器/计数器外设。

您可以设置一个定时器，在给定的时间间隔内中断 CPU，并在 ISR(中断服务程序)中切换输出。使用这种方法，时间计数的负载从 CPU 转移到定时器外设，允许精确的振荡输出和其他任务的平稳执行。

您不清楚您使用的是哪个 RTOS 或 MCU/CPU，但它们都有定时器/计数器外设。如果 RTOS 不直接支持，请查看 CPU 供应商数据表。