電控冰箱軟件模塊化設(shè)計

左秋杰 汪良樹 任 猛

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著科技發(fā)展、社會進步、人們生活水平的提高，電冰箱幾乎成為每個家庭必備的家用電器[1]，電冰箱的發(fā)展也從最基本的低溫保鮮功能，發(fā)展到如今的多種功能俱全更智能化的現(xiàn)狀，導致電冰箱產(chǎn)品開發(fā)過程中軟件實現(xiàn)起來越發(fā)復雜。

把一個復雜問題分解為若干個基本問題，再分別求解這些容易解決的基本問題，就是使復雜問題簡單化。

軟件開發(fā)過程中，面對一個復雜的程序設(shè)計，通常做法是根據(jù)系統(tǒng)功能需求，一個功能需求整合成一個模塊，整個程序由多個模塊組成，每個模塊再細分為更小的模塊，直到每個小的模塊單獨完成一個特定的功能，實現(xiàn)模塊化程序設(shè)計。

軟件開發(fā)過程中，采用模塊化的方法，可以使每個模塊實現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的獨立，同時每個模塊的工作量更小，可以將工作過程細分化，提高工作效率。

1 程序模塊化設(shè)計

1.1 模塊化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)

一個完整的程序通常包括主程序和子程序，主程序負責調(diào)用職能，子程序負責實現(xiàn)具體的功能模塊，主程序調(diào)用子程序，這是程序模塊化的要求。在主程序運行完一個循環(huán)的過程中完成了對各功能模塊的順序調(diào)用，如圖1所示。

采用這種結(jié)構(gòu)，各個模塊之間相互獨立、結(jié)構(gòu)清晰、接口簡單，我們可以象搭積木一樣，根據(jù)系統(tǒng)功能需求，來實現(xiàn)功能模塊的增減。

1.2 模塊的事件驅(qū)動機制

主程序按順序依次調(diào)用各個功能模塊，若每個模塊都執(zhí)行一遍，勢必會增加系統(tǒng)的運行時間，而有些模塊不需要執(zhí)行或不具備執(zhí)行的條件，就可以避免執(zhí)行這些模塊。采取事件驅(qū)動機制，避免執(zhí)行這些模塊，可以優(yōu)化主程序結(jié)構(gòu)，提升程序的執(zhí)行速度。

事件驅(qū)動機制，就是設(shè)置若干使能標志，一一對應(yīng)各功能模塊，通過此標志置一或清零觸發(fā)/不觸發(fā)該模塊代表的事件。即，在每次執(zhí)行某些功能時，先判斷該功能所在模塊是否滿足執(zhí)行條件，如果滿足則執(zhí)行[3]。

1.3 時間片與分時調(diào)度機制

當系統(tǒng)較復雜、功能需求較多時，為了保證每個功能都有充足的時間分配，需要采用分時調(diào)度機制。將系統(tǒng)時間分成若干份時間片，當滿足某一個時間片條件時，執(zhí)行一個或者多個功能模塊。

如果分時調(diào)度的執(zhí)行者是主程序，我們可以將應(yīng)用程序的所有功能都按照分時調(diào)度機制調(diào)用（見圖3）。

1.4 中斷與前/后臺的程序結(jié)構(gòu)

如果采用依次調(diào)用各功能模塊外加分時調(diào)度機制，完全可以完成一般的程序設(shè)計工作。但是遇到突發(fā)事件時，不能實時響應(yīng)，這時需要引入中斷。

中斷是獨立于主程序之外且優(yōu)先級高于主程序的程序流程，每次中斷產(chǎn)生均可暫停主程序正在處理的流程，待處理完中斷程序后，主程序再回到原來中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序（見圖4）。

對于中斷程序來講，通常以越短越精簡為佳，盡量避免在中斷程序中進行大量的邏輯關(guān)系運算。原則上中斷函數(shù)的執(zhí)行時間需要遠遠小于中斷間隔時間。 避免出現(xiàn)因執(zhí)行時間過長導致主程序大部分時間處于等待狀態(tài)不能實時處理功能函數(shù)等問題。

圖1 程序結(jié)構(gòu)圖

圖2 功能模塊的程序結(jié)構(gòu)

2 控制軟件架構(gòu)

根據(jù)冰箱電控系統(tǒng)的工作原理制定模塊化控制策略，將控制軟件劃分為3大部分，系統(tǒng)初始化程序、主程序循環(huán)體、中斷程序。

2.1 系統(tǒng)初始化程序

單片機控制系統(tǒng)在上電之后，首先進行系統(tǒng)復位，然后跳轉(zhuǎn)到主程序運行。在系統(tǒng)實現(xiàn)主程序功能之前，首先對系統(tǒng)進行初始化，需要設(shè)定與對系統(tǒng)時鐘、中斷、串口相關(guān)的寄存器，設(shè)定各通用IO口的初始狀態(tài)、設(shè)置各功能模塊所涉及變量的定義與初始值等。初始化操作只需要執(zhí)行一次。

圖3 主程序采取分時調(diào)度結(jié)構(gòu)

圖4 前/后臺的程序結(jié)構(gòu)模型

2.2 主程序循環(huán)體

系統(tǒng)初始化之后，所需的工作環(huán)境就設(shè)置好了，下一步是進入主程序。主程序一般是個循環(huán)體，負責執(zhí)行系統(tǒng)需求各項功能任務(wù)，如輸入檢測（AD采集、按鍵等）、負載輸出控制等。這些功能語句通常寫成子程序形式，由主程序進行調(diào)用。

根據(jù)目前電控冰箱的控制需求，需要執(zhí)行的任務(wù)主要有：通信數(shù)據(jù)的準備與讀取、顯示數(shù)據(jù)準備、按鍵讀取與處理、制冷邏輯計算、化霜邏輯計算、各負載的控制邏輯及控制數(shù)據(jù)準備。

如圖5所示，為主程序流程圖。

2.3 中斷程序

我們把實時性要求很高的功能函數(shù)模塊如通信數(shù)據(jù)的收發(fā)、LED顯示掃描、風門的單步驅(qū)動、PWM輸出，放在中斷中執(zhí)行；把實時性要求低的任務(wù)如制冷邏輯計算、負載輸出控制等交給主程序區(qū)調(diào)度。

圖5 主程序流程圖

圖6 定時器中斷程序流程圖

定時器中斷處理程序為系統(tǒng)提供一個基準時間，軟件各功能模塊中各類時間：如化霜時間、制冷時間、開門時間等計時均以此為基準。

3 結(jié)論

在電控冰箱軟件開發(fā)過程中，模塊化設(shè)計使模塊與模塊之間的相互影響降到最低,降低了產(chǎn)品設(shè)計的風險，同時也可以提高產(chǎn)品的可靠性和設(shè)計質(zhì)量，使程序設(shè)計、調(diào)試和后續(xù)維護等操作更加簡單化，可縮短控制軟件開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。