1. 什么是嵌入式系统？
嵌入式系统是一种专门设计的计算机系统，它通常被用于控制系统、消费电子设备、工业自动化、安全系统、医疗设备等领域。嵌入式系统的特点是体积小、功耗低、控制能力强。
在嵌入式系统中，我们通常需要用到一些特定的功能，如定时器、中断、串口通信、ADC等。
2. C++在嵌入式系统中的优势
C++是一种高级程序设计语言，它不仅能够满足常规软件的开发需求，还可以应用于嵌入式系统的开发。C++语言具有以下优势：
2.1 面向对象编程
C++是面向对象的语言，可以帮助我们更好地组织代码，提高代码的复用性、可维护性和扩展性。
2.2 高效性
C++语言的运行速度非常快，在嵌入式系统的开发中，这一点尤为重要。
2.3 可移植性
C++语言具有较强的可移植性，一个C++程序可以在不同的硬件平台上运行。
3. 嵌入式系统中常用C++功能
3.1 数组和指针
C++中的数组和指针非常适合嵌入式系统的开发。开发者可以使用数组来存储数据，使用指针来处理外设的地址、访问寄存器等。
3.2 中断处理
中断是嵌入式系统中的一个重要概念，在C++中可以使用中断处理函数来处理中断。下面是一个使用C++处理外部中断的例子：
#include <iostream>
#include <csignal>
using namespace std;
void signalHandler( int signum ) {
cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\\n";
// 清理并关闭
// 终止程序
exit(signum);
}
int main () {
// 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
signal(SIGINT, signalHandler);
while(1) {
cout << "Going to sleep...." << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
关键字：signal 、SIGINT、signalHandler
3.3 定时器
在嵌入式系统中，定时器的应用非常广泛。C++中可以使用定时器来完成周期性的任务，下面是一个使用C++定时器的例子：
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;
void interrupt() {
cout << "Interrupt received!" << endl;
}
int main() {
srand(time(nullptr));
int time_interval = rand() % 10 + 1; // 1~10秒的时间间隔
cout << "time_interval = " << time_interval << endl;
// 设置定时器
setTimeout(interrupt, time_interval);
// 模拟等待
while (true) {
cout << "Main program running..." << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
关键字：setTimer 、interrupt、sleep
3.4 串口通信
在嵌入式系统中，常常需要通过串口进行通信。下面是一个使用C++进行串口通信的例子：
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <cstring>
#include <fcntl.h>
#include <termios.h>
#include <unistd.h>
#include <stdexcept>
using namespace std;
int serial_port = open("/dev/ttyUSB0", O_RDWR, 0);
struct termios tty {};
void send(char* message) {
int len = strlen(message);
write(serial_port, message, len);
}
void read() {
while (true) {
char buffer[256];
memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));
int n = read(serial_port, buffer, sizeof(buffer));
if (n > 0) {
cout << buffer << endl;
}
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
}
}
int main() {
memset(&tty, 0, sizeof(tty));
if (tcgetattr(serial_port, &tty) != 0) {
throw std::runtime_error("Error from tcgetattr");
}
// 设置串口参数
cfsetospeed(&tty, B9600);
cfsetispeed(&tty, B9600);
tty.c_cflag = (tty.c_cflag & ~CSIZE) | CS8; // 8-bit chars
tty.c_iflag &= ~IGNBRK; // disable break processing
tty.c_lflag = 0; // no signaling chars, no echo,
// no canonical processing
tty.c_oflag = 0; // no remapping, no delays
tty.c_cc[VMIN] = 0; // read doesn't block
tty.c_cc[VTIME] = 5; // 0.5 seconds read timeout
tty.c_iflag &= ~(IXON | IXOFF | IXANY); // shut off xon/xoff ctrl
tty.c_cflag |= (CLOCAL | CREAD);// ignore modem controls,
// enable reading
tty.c_cflag &= ~(PARENB | PARODD); // shut off parity
tty.c_cflag |= 0;
tty.c_cflag &= ~CSTOPB;
tty.c_cflag &= ~CRTSCTS;
if (tcsetattr(serial_port, TCSANOW, &tty) != 0) {
throw std::runtime_error("Error from tcsetattr");
}
std::thread t(read);
char message[256] = "Hello, world!";
while (true) {
send(message);
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}
return 0;
}
关键字：open 、read、write、tcgetattr、tcsetattr
3.5 ADC
ADC是模拟数字转换器的简称，它是嵌入式系统中常用的外设之一。下面是一个使用C++进行ADC采集的例子：
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
int main() {
int adc_value = 0;
fstream fs("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage0_raw", fstream::in);
if (fs.fail()) {
cout << "Failed to read ADC value." << endl;
return -1;
}
fs >> adc_value;
cout << "ADC value = " << adc_value << endl;
fs.close();
return 0;
}
关键字：fstream
4. 总结
在嵌入式系统的开发中，C++语言可以帮助我们更好地组织代码、提高代码的复用性、可维护性和扩展性。C++语言在嵌入式系统中的常用功能包括数组和指针、中断处理、定时器、串口通信和ADC等。