圖 4.2 嵌入式軟件層次結構

這種軟件設計的好處是便于移植，當更換某一芯片時，只需要改變相應芯片的驅動層，而不用修改封裝和應用層，便可以使軟件繼續正常運轉。

而如果更換單片機這一核心元件，也只需更改所有的驅動層便可以把軟件移植到其它單片機平臺，在編寫涉及到硬件的代碼時，可以盡量使用宏定義或者編寫多層結構，使底層硬件操作的代碼達到最少，從而方便移植。

4.3 各個模塊實現原理

4.3.1 處理器模塊

首先在選擇CPU(Central Processing Unit，計算機中央處理器)之前，必須先分析完成這個作品所選的CPU必須具備的功能，如果CPU選的功能太過簡單就不能達到預期的效果，很多東西不能實現，而如果選擇很先進的CPU或者32位的高級單片機，首先第一個是不能充分利用這個單片機，第二是在成本上也會大幅上升，所以在選擇單片機時必須對所需要的功能進行合理的分析。

分析情況：

在顯示方面使用的是12864液晶的帶字庫液晶，該液晶操作簡單，只需普通的IO端口操作便可以解決控制，所以它對單片機沒有特殊的要求。

在存儲方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲器，該存儲器走的是IIC(ATMEL公司開發的兩線串行總線)總線模式，雖然可以用一般的單片機模擬IIC總線，但是為了提高效率則必須選擇具有IIC總線接口的單片機，這個一般的51單片機已經不能滿足，所以需考慮其它單片機。

時鐘模塊，用的是達拉斯的DS1302芯片，只需普通的端口操作就能完成。

打印機模塊，有下面的打印機實現原理(圖4.5)可知，我們必須選擇具有雙邊沿觸發的單片機，有這個功能的單片機ATMEL的AVR系列的中高端單片機能滿足，比如Atmega64及以上的單片機都具有這一功能。

霍爾傳感器，霍爾傳感器測速必須具有兩個內置外設，一個是外部下降沿中斷，一個是內部定時器。

內存空間要求：在做用戶界面以及制作貪吃蛇等游戲時都必須開很大的緩存，所以必須具備一定的內存容量，初步估計需要2K內存以上。

由以上6點分析，這里我選擇了ATMEL公司的AVR系列單片機Atmega64，該款單片機價格便宜，功能強大，能滿足上面7點的全部要求。其資源如下：

工作于16M時性能高達16MIPS，速度快

64K flash程序代碼空間

4K 的內部SRAM，足夠滿足UI界面以及其他的緩存

內置IIC和SPI總線接口

8路外部中斷，有4路能實現雙邊沿中斷

3路定時急速器(2路8位，1路16位)

兩個串行USART口

53個普通IO端口(大部分復用)

由以上八點可以看出，該款單片機完全能夠滿足這個產品需要的功能，并且Atmega64為基于RSIC結構的8位低功耗CMOS微處理器，降低功耗，是做行車記錄儀的首選單片機。

結論：最終選擇的單片機為ATMEL公司的Atmega64八位高性能單片機。

4.3.2 用戶UI界面原理

在這個嵌入式軟件中，最關鍵也是最富有挑戰的便是用戶界面，即菜單系統，如果只是用簡單的switch，case語句，那在三層菜單的基礎上，那將會是一個非常龐大的代碼，并且可讀性差，維護十分困難，當需要增加或則刪減菜單時都是一件非常痛苦的事情。

通過各種資料的搜索與整理，并且通過自己的改良，用了一種基于節點編號的方法實現了這個菜單系統。

首先、菜單是有層次的，并且每一層菜單都有不同的不同的條數，比如第一層菜單有四條，第一層菜單第一條的子菜單都3條，而第一層菜單第二條的子菜單有2條。

加入以個十百來標識菜單所在的層次，以每一位的大小來標識當前菜單再當前層次的條數，則可以推斷出每條菜單都有一個唯一的ID，我們稱之為節點。

基于節點編號的菜單系統的結構如下圖4.3所示

圖4.3 基于節點編號的菜單系統結構

結構分析：菜單系統結構圖如上圖4.3所示，可見很明顯，菜單為3層菜單結構，第一層總共有兩條菜單，其編號分別是1和2，在例如在第三層中節點編號為133的菜單，由該節點知，該條菜單再當前層次的第三條，并且位于上層菜單的第三條，位于上上層菜單(即一級菜單)的第一條。其它菜單的結構和這個一樣。

由以上分析可知，菜單的結構很明顯的構成了一個標準的二叉樹，并且其父子節點有很明顯的算術關系，其關系如下。

父節點 = 當前節點%10;(%操作為求余操作)

子節點 = 當前節點*10 + 1;

如果沒有父節點或者子節點，則分別把這兩個節點設置成空節點。

有了這個方法，要實現一個菜單系統便是一個很簡單的事情了，這套菜單系統還能實現翻頁等復雜操作，并且增加或刪除節點十分方便I，只需修改相應節點的編號就可以實現。

菜單與實時顯示界面的分離：在這套菜單系統中，用戶可以通過按返回鍵激活菜單或者通過返回鍵返回實時界面，其實現原理也非常簡單，只需設置一個標志位來標識是否激活菜單，從而達到實時界面與菜單的分離。

4.3.3 測速實現原理

測速的核心部件是霍爾元件，利用霍爾元件，再進行一些改良，如上硬件設計中提到的圖3.4所示。從而使傳感器在周期性的磁場作用下產生一個固定周期的方波。

那么，如何利用輸出的一個方波來實現測速的目的呢?這里利用了單片機的兩個內置外設：

外部IO中斷

8位定時器T2

當出現方波的下降沿時，單片機可以利用外部中斷采集到這個下降沿，并跳轉到中斷服務入口，在中斷服務中可以通過打開定時器來實現記錄每個方波或者一定方波個數n的時間t。

這里假設輪胎的圓周長是len厘米。則由以上數據可知如下公式。

速度 V = n*len/t (cm/s)，其中len的單位為厘米，t的單位為秒。

4.3.4 微型打印機原理

在這里使用的打印機是EPSON公司的M-150II微型打點打印機，其總共包含4個打印針，每個打印針分別可以打印24個點，其在打印紙上的分布點如下圖4.4所示

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