如何使用C++语言实现嵌入式系统的各个关键功能-猿码集

1. 嵌入式系统的关键功能

嵌入式系统由硬件和软件两部分构成，其关键功能包括：

1.1 控制系统

嵌入式系统通常用于控制各种机械、电子设备或实验室的实验装置。在这些应用中，嵌入式系统需要控制系统的运行状态，例如检测和控制温度、压力和速度等。

以下代码为温度控制系统的示例：


while(1){
  if(get_temperature() > MAX_TEMP){
    turn_on_cooler();
  } else if(get_temperature() < MIN_TEMP){
    turn_off_cooler();
  }
  delay(1000);
}

以上代码程序会持续检测当前温度并根据设置的最高、最低温度信息来开启或关闭制冷器的工作。

1.2 通信

嵌入式系统需要与外部设备进行通信，以便获得信息，向外部设备发送信息并与远程主机通信。嵌入式系统通常使用串行通信协议，例如SPI、I2C和UART等协议实现。

以下是I2C通信的示例代码：


#include <Wire.h>
void setup() {
  Wire.begin();   
}
void loop() {
  Wire.beginTransmission(8);      
  Wire.write(byte(0));            
  Wire.endTransmission();       
  
  Wire.requestFrom(8, 2);         
  while(Wire.available()) { 
    int reading = Wire.read();    
    Serial.println(reading);      
  }
  delay(1000);         
}

以上代码实现了读取地址为8的I2C设备中的两个字节信息，并在串行端口上输出。

1.3 传感器读取

嵌入式系统一般需要与各种传感器（例如红外线、光电、声音等）进行交互，读取传感器的信号，并对信号进行处理。

以下是红外线传感器读取的代码示例：


int IR_PIN = 2;
int IR_THRESHOLD = 100;
void setup() {
  pinMode(IR_PIN, INPUT);
}
void loop() {
  int ir_value = analogRead(IR_PIN);
  if(ir_value > IR_THRESHOLD){
    //do something 
  }
  delay(10);
}

以上代码通过模拟读取红外线传感器的值，并设置一个特定值来判断是否有红外线信号输入到嵌入式系统内。如果红外线信号高于阈值则执行一些操作。

2. 使用C++语言实现嵌入式系统功能的方法

嵌入式系统通常使用C语言或C++一种或多种编程语言实现。 C++是C语言的扩展，它与C语言并存并具有更高级的特性，例如类和对象，可以更好地组织代码并提高代码的可读性。

嵌入式系统开发通常会选择某些具备标准C++特性的嵌入式系统编译器和工具链，例如GCC、Clang、IAR和Keil等。开发人员可以使用这些工具来编写，调试和测试代码，并将其编译成目标嵌入式系统上的可执行文件。

以下为使用C++实现一个LED灯控制：


class LED{
public:
  LED(int pin){
    pinMode(pin, OUTPUT);
    m_pin = pin;
  }
  void on(){
    digitalWrite(m_pin, HIGH);
  }
  void off(){
    digitalWrite(m_pin, LOW);
  }
  
private:
  int m_pin;
};
LED led(2);
void setup(){
}
void loop(){
  led.on();
  delay(1000);
  led.off();
  delay(1000);
}

以上代码演示了创建一个类LED，并根据构造函数传入的参数初始化pin脚，并定义on()和off()两个函数。在loop()函数中调用LED类中的两个函数，使LED灯不断闪烁。

3. 常用嵌入式系统开发库

开源库和框架可以为嵌入式系统开发者提供便利，并加速开发过程。以下列举了一些常用的嵌入式系统开发库：

3.1 Arduino库

Arduino是一个开源的物联网平台，提供硬件和软件两部分组件。Arduino IDE开发环境允许用户编写C++代码，针对Arduino Uno等板载处理器进行编程。

以下为Arduino库中的串行通信代码示例：


#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(10, 11); 
void setup() {
  Serial.begin(9600);                
  mySerial.begin(9600);              
}
void loop() {
  if (mySerial.available()) {
    char ch = mySerial.read();        
    Serial.write(ch);
  }
  if (Serial.available()) {
    char ch = Serial.read();          
    mySerial.write(ch);
  }
}

上述代码演示了如何使用Arduino库中的SoftwareSerial类实现两个串行端口之间的通信。

3.2 Boost库

Boost库是C++领域广泛使用的一个库，它在标准C++库的基础上增加了一系列工具和类，使得开发人员可以更加高效地编写代码。Boost库提供了许多嵌入式系统开发专用的类和工具，例如波特率计算和警报管理器。

3.3 Linux嵌入式开发常用库

对于基于Linux嵌入式系统开发的开发者而言，可以使用Linux系统中的标准C++库和与Linux嵌入式系统相关的库来开发应用程序。例如在Linux系统中使用C++编写GPIO控制代码，需要使用libGPIO、libSOC和libIO库。

4. 总结

使用C++语言开发嵌入式系统时，开发人员需要同时熟悉C++编程语言和目标嵌入式系统的特征。嵌入式系统应用通常包括控制系统、通信和传感器读取等功能。为了更好地实现这些功能，开发人员可以使用各种嵌入式系统开发库，例如Arduino库、Boost库和Linux嵌入式开发常用库等。

如何使用C++语言实现嵌入式系统的各个关键功能