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mbed 程序的语言基础

时间:2016-04-08 18:00:23      阅读:5035      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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mBed程序采用C++进行编写,并在此基础上添加了一些自定义的函数和常量,所以我们在这有必要简单地了解一下相应的语言基础。
 

  常量

常量是在程序运算过程中不变的量,常量在程序中经常直接出现,如数字1768;字符‘m’;字符串“mbed”等,此时只要求它们符合相应类型数据的表示方法。相应于各种数据类型,有整型常量、浮点型常量、字符型常量及字符串常量。
有时为了代码编写的方便,我们会用一个标识符来代表一个常量,通过宏定义预处理指令来实现,这就是常量定义,格式如下:
#define 标识符常量 由用户命名的标识符是符号常量名。
作为符号常量名,一般大写,一旦定义,在程序中凡是出现常量的地方均可用符号常量名来代替,对使用了符号常量的程序在编译前会以实际常量替代符号常量。mbed中定义的常量举例如下:
#define DEVICE_ANALOGIN         1 //是否支持ADC采集
#define DEVICE_ANALOGOUT        1 //是否支持DAC输出

   变量及其数据类型

只要没有超过内存限制,mBed可以按照C++语法自由定义变量,但变量的数据类型必须是以下类型之一:
bool布尔类型,只有true和false两个值,分别代表数值1和0,占用1个字节。
char字符类型,用来表示一个字符但存储为字符的ASCII值,数值范围是-128到127,占用1个字节。
byte字节类型,数值范围是0到255,占用1个字节。
short短整型,数值范围是-32768到32767,占用2个字节。
unsigned short无符号短整型,数值范围是0到65535,占用2个字节。
int整型,数值范围是-2^31到2^31-1,占用4个字节。
unsigned int无符号短整型,数值范围是0到2^32-1,占用4个字节。
long长整型,数值范围是–2^63到2^63-1,占用8个字节。
unsigned long无符号长整型,数值范围是0到2^63,占用8个字节。
float浮点型,用来表示小数,占用4个字节。
double高精度浮点型,用来表示小数,占用8个字节。
Array数组类型,如下面的定义:
int light[6] = {0, 20, 50, 75, 100,150}; 

    枚举

在实际问题中,有些变量的取值被限定在一个有限的范围内。例如,LPC1768的UART只能是UART0、UART1、UART2、UART3,I2C只能是I2C0、I2C1、I2C2等等。如果把这些量说明为整型,字符型或其它类型显然是不妥当的。为此,C/C++语言还提供了一种称为“枚举”的类型。在“枚举”类型的定义中列举出所有可能的取值,被说明为该“枚举”类型的变量取值不能超过定义的范围。
定义一个变量是枚举类型,可以先定义一个枚举类型名,然后再说明这个变量是该枚举类型,也可以直接定义枚举类型变量,mBed中一般采用的是后者,如下面的例子:
typedefenum {
    SPI_0 = (int)LPC_SSP0_BASE,
    SPI_1 = (int)LPC_SSP1_BASE
} SPIName;
 typedefenum {
    I2C_0 = (int)LPC_I2C0_BASE,
    I2C_1 = (int)LPC_I2C1_BASE,
    I2C_2 = (int)LPC_I2C2_BASE
} I2CName;
对于枚举类型的使用,我们需要理解以下几点:
l  枚举元素不是变量,而是常数,因此枚举元素又称为枚举常量,因为是常量,所以不能对枚举元素进行赋值。  
l  枚举元素作为常量,它们是有值的,C/C++ 语言在编译时按定义的顺序使它们的值为 0,1,2,…;如果在定义枚举类型时指定元素的值,也可以改变枚举元素的值,如下面的定义,它就是从1开始的,需要注意的是,枚举元素的值是可以相同的。
typedefenum {
    PWM_1 = 1,
    PWM_2,
    PWM_3,
    PWM_4,
    PWM_5,
    PWM_6
} PWMName;
 typedefenum {
    // LPC Pin Names
    P0_0 = LPC_GPIO0_BASE,
          P0_1P0_2
    // mbed DIP Pin Names
    p5 = P0_9,
    p6 = P0_8,
    p7 = P0_7,
    p8 = P0_6,
    p9 = P0_0,
    p10 = P0_1,
    p11 = P0_18,
    p12 = P0_17,
   …
    // Not connected
    NC = (int)0xFFFFFFFF
} PinName;
l  枚举值可以用来作判断。枚举值的比较规则是:按其在说明时的顺序号比较,如,PWM5>PWM3。
l  一个整数不能直接赋给一个枚举变量,必须强制进行类型转换才能赋值。例如:  pwm=(enum PWMName)2;这个赋值的意思是,将顺序号为2 的枚举元素赋给 pwm,相当于pwm =PWM_2
在mBed代码中,有大量的枚举类型,而且和常量定义结合紧密,如下面的代码,后面的常量值都是枚举元素:
// Default peripherals
#define MBED_SPI0         p5, p6, p7, p8
#define MBED_SPI1         p11, p12, p13, p14
#define MBED_UART0        p9, p10
#define MBED_UART1        p13, p14
#define MBED_UART2        p28, p27
#define MBED_UARTUSB      USBTX, USBRX

   运算符

         mBed使用C/C++的运算符,包括数学运算法、逻辑运算符和二进制运算符三部分内容。
         数学运算符:支持加(+),减(-),乘(*),除(/),求余(%)五种基本运算,需要注意的是,参与运算的数据类型的不同会导致结果的不同,如都是整型的情况下10/3=3,而有浮点型参与的情况下10/3.0=3.3,也就是说运算结果的数据类型和参与运算的数据类型相关,同时还要考虑运算结果的溢出情况,如下面的代码,理想结果是1000,实际结果却是232,就是1000溢出后的结果:
byte i=10;
    i=i*100;
         逻辑运算符:支持非(!),与(&&),或(||)三种逻辑运算符。
         二进制运算符:支持按位非(!),支持按位与(&),支持按位或(|),支持按位异或(^),左移(>>),右移(<<)6中二进制运算符。

    控制结构

mBed使用C/C++的控制结构即以下四种类型:
if…else条件判断结构,下面的代码只有val=1的时候才把led管脚置高:
if (val == 1) {
    led=1;
}
Else{
    led =0;
}
for: 循环结构,下面的代码会把管脚置高10次:
for (int i = 0; i < 10; i++) {
led=1;
wait(1);
}
switch case分支结构,下面的代码会根据val的值把不同的管脚置高:
switch (val) {
case 1:
led1=1;
break;
case 2:
led2=1;
break;
default: 
}
while/do while循环结构,下面的代码会把管脚置高512次,while/do while的区别是while里面的循环体有机会一次都不执行,而do while循环体至少执行1次:
int val = 0;
while (sensorValue < 512) {
led1=1;
wait(1);
val++;
}
 do {
led1=1;
wait(1);
val++;
} while (val < 512);
在循环结构中我们需要合理利用break和continue关键词,前面表示直接跳出循环而continue表示跳过本次循环,如下面的代码,当x值不在140到200之间时,程序将跳过后续的led1=1;wait(1);然后开始下一轮循环:但如果采用break,程序将直接跳出for循环,执行代码led1=1。
for (light = 0; light < 255; light++)
{
if ((x > 140) && (x < 200))
continue;
led1=1;
wait(1);
}
led2=1;

  时间等待函数

         考虑到所有的应用都会用到时间等待函数,如前面例子中的wait,所以我们也把时间等待函数放在程序设计基础中介绍,mBed一共提供了三个时间等待函数,其具体实现如下:
void wait(float s) {
    wait_us(s * 1000000.0f);
}
void wait_ms(int ms) {
    wait_us(ms * 1000);
}
void wait_us(int us) {
    uint32_t start = us_ticker_read();
    while ((us_ticker_read() - start) < (uint32_t)us);
}
      从中可以看出,这三个函数的本质都是wait_us,需要注意的是,wait函数输入的是浮点类型,单位是秒,wait_ms和wait_us输入的都是整形,单位分别是毫秒和微妙,而这里用到的us_ticker_read()也是一个很常用的时间函数,表示系统reset后已经运行了多长时间了。
现在我们可以综合利用上面的一些函数完成新的HelloWorld程序了,我们新建一个名为HelloWorld2的工程,HelloWorld2.cpp的代码如下,程序上载后你就可以通过串口工具查看其运行效果,它会定时输出系统运行的时间:
#define DELAY_MS 500
DigitalOut led(LED1);
Serial pc(USBTX,USBRX);
 int main() {
    pc.baud(115200);
    while (1)
    {
                        led=1;
                        wait_ms(DELAY_MS);
                        pc.printf("hello world,system had passed %d ms.\n",us_ticker_read());
                        led=0;
                        wait_ms(DELAY_MS);
    }
}

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