C++在嵌入式系统开发中的各个功能模块的选择与应用

1. 嵌入式系统介绍

嵌入式系统是指将计算机技术应用于各种智能电子设备中，使其具有自主控制、操作和通信能力，是集成技术、操作系统技术、控制技术、通信技术等技术于一体的多学科交叉技术。嵌入式系统具有实时性高、可靠性强、功耗低、大小小等特点。在现代社会中，嵌入式系统已经广泛应用于汽车、航空、医疗、工业控制、通讯等领域。

在嵌入式系统开发中，C++是一门广泛使用的编程语言。它具有高效性、可重用性、模块化，可扩展性等优点。下面将介绍在嵌入式系统开发中C++常用的模块。

2. C++在嵌入式系统开发中常用的功能模块

2.1 操作系统选择

在嵌入式系统开发中，选择适合操作系统是非常必要的。目前市面上比较流行的嵌入式操作系统有很多种，例如实时操作系统RTOS、Linux、uCLinux等。其中，RTOS因为其实时性强、可定制化等优点广泛应用。

下面是一个使用RT-Thread操作系统的示例：

// 进程1
static void process1_entry(void *parameter)
{
    while(1)
    {
        int a = get_sensor1_data();
        if(a < 50)
        {
            control_device(ACTION1);
        }
        rt_thread_delay(100); //100毫秒
    }
}
// 进程2
static void process2_entry(void *parameter)
{
    while(1)
    {
        int b = get_sensor2_data();
        if(b > 100)
        {
            control_device(ACTION2);
        }
        rt_thread_delay(1000); //1秒
    }
}
int rt_application_init()
{
    rt_thread_t thread1, thread2;
    thread1 = rt_thread_create("process1", process1_entry, RT_NULL,
                               1024, 25, 10);
    if(thread1 != RT_NULL)
        rt_thread_startup(thread1);
    thread2 = rt_thread_create("process2", process2_entry, RT_NULL,
                               1024, 26, 10);
    if(thread2 != RT_NULL)
        rt_thread_startup(thread2);
    return 0;
}

2.2 GPIO控制

在嵌入式系统中，GPIO是控制外围设备很重要的一种接口方式。C++中，有很多GPIO库供选择，其中比较常用的有WiringPi和bcm2835库。下面是一个使用WiringPi库的示例：

#include 
int main(void)
{
    wiringPiSetup();
    pinMode(1, OUTPUT);
    while(1)
    {
        digitalWrite(1, HIGH);
        delay(500);
        digitalWrite(1, LOW);
        delay(500);
    }
    return 0;
}

2.3 串口通信

嵌入式系统中，串口通信是比较常用的一种通信方式。C++中有很多串口通信库可供选择，其中较为常用的有boost::asio库。下面是一个使用boost::asio库的示例：

#include 
#include 
int main()
{
    boost::asio::io_service io;
    boost::asio::serial_port port(io, "/dev/ttyS0");
    port.set_option(boost::asio::serial_port::baud_rate(9600));
    port.set_option(boost::asio::serial_port::parity(boost::asio::serial_port::parity::none));
    port.set_option(boost::asio::serial_port::stop_bits(boost::asio::serial_port::stop_bits::one));
    port.set_option(boost::asio::serial_port::flow_control(boost::asio::serial_port::flow_control::none));
    char c[] = "Hello World";
    boost::asio::write(port, boost::asio::buffer(c, 11));
    return 0;
}

2.4 定时器

在嵌入式系统中，定时器用于实现各种功能的时间调度。C++中，有很多定时器库可供选择，其中常用的库有boost::asio、Chrono、SDL_Delay等。下面是一个使用SDL_Delay库的示例：

#include 
#include 
int main(int argc, char** argv)
{
    SDL_Init(SDL_INIT_TIMER);
    SDL_TimerID timer_id = SDL_AddTimer(1000, timer_callback, NULL);
    SDL_Delay(5000); // 5秒后退出程序
    SDL_RemoveTimer(timer_id);
    SDL_Quit();
    return 0;
}
Uint32 timer_callback(Uint32 interval, void *param)
{
    std::cout << "Hello World" << std::endl;
    return interval;
}

2.5 温度计控制

温度计是嵌入式系统中常用的一种传感器。C++中，温度计传感器的控制方式一般通过I2C总线实现。以下是一个使用Linux I2C库的示例：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char **argv)
{
    int file = open("/dev/i2c-1", O_RDWR);
    ioctl(file, I2C_SLAVE, 0x5a);
    char buf[2];
    buf[0] = 0x05; //寄存器地址
    write(file, buf, 1);
    read(file, buf, 2);
    float temp = (buf[0] << 8 | buf[1]) / 32.0;
    std::cout << "Temperature: " << temp << std::endl;
    close(file);
    return 0;
}

3. 总结

在嵌入式系统开发中，C++提供了很多功能模块可供选择。开发者需要根据实际情况选择适合的模块，以提高开发效率和系统的性能。