1. 软件框架

手表OV-Watch的总体软件架构如下所示，具体代码详见仓库。

V2.4版本以后的手表的代码分为Bootloader和APP了，为的是方便用户戴在手上进行不用拆解的升级，BOOT区后面划分了一个Flag区，用于记录是否是完整的APP，这个位置是APP传输完成后才记录的，为的是保证程序完整性。

下面我将从自底向上来讲解手表的软件结构

1.1. MDK工程结构

MDK工程结构不是完全对应Software文件夹中的文件结构的。注意，本项目默认使用的MDK中编译器为compiler version 5

├─Application/MDK-ARM               # 用于存放.s文件
├─Application/User/Core             # 用于存放CubeMX生成的初始化文件
│  │  main.c
│  │  gpio.c
│  │  ...
│
├─Application/User/System           # 用于存放自定义的delay.c sys.h等
│  │  delay.c
│  │  ...
│
├─Application/User/Tasks            # 用于存放任务线程的函数
│  │  user_TaskInit.c
│  │  user_HardwareInitTask.c
│  │  user_RunModeTasks.c
│  │  ...
│
├─Application/User/MidFunc          # 用于存放管理函数
│  │  StrCalculate.c
│  │  HWDataAccess.c
│  │  PageManager.c
│
├─Application/User/GUI_APP          # 用于存放用户的ui app
│  │  ui.c
│  │  ...
│
├─Application/User/GUI_FONT_IMG     # 用于存放字体和图片
│  │  ...
│
├─Drivers/CMSIS
│  │  ...
│
├─Drivers/User/BSP                  # 用于存放板载设备驱动
│  │  ...
│
├─Middleware/FreeRTOS               # FreeRTOS的底层
│  │  ...
│
├─Middleware/LVGL/GUI               # LVGL的底层
│  │  ...
│
└─Middleware/LVGL/GUI_Port          # 用于存放LVGL驱动
    ├─lv_port_disp.c
    ├─lv_port_indev.c

1.2. CubeMX框架

工程是用CubeMX生成的MDK工程，这里默认使用的AC5编译，这里默认大家已经能够熟练使用CubeMX和HAL库了，HAL库淡化硬件层非常适合进行软件开发。

本次手表项目使用到的片上外设包括GPIO, IIC, SPI, USART, TIM, ADC, DMA, 具体的对PCB板上器件的驱动，例如LCD, EEPROM等，详见BSP。

[!TIP|style:flat|label:Tip 小贴士|iconVisibility:visible] 请下拉代码，自行看代码细节~

简述一下各个片上外设的用途：

  1. DMA这里主要是配合SPI，SPI通信不通过CPU而是通过DMA直接发送，如果使用多线程，那么视觉上来讲，刷屏应该就会快一些，因为CPU可以去执行其它任务；

  2. IIC主要用来跟Back各个传感器进行通信，传感器都挂在一个总线上的；

  3. TIM主要是提供时基，另外一个就是给LCD调节背光；

  4. ADC只接了一个电池的分压，进行电池电压采样，预估剩余电量；

  5. USART接了蓝牙，方便进行IAP和与手机和电脑的助手通信。

1.3. 板载驱动BSP

详见BSP文件夹中的代码，BSP很多很杂，不需要了解的同学可以先跳过，直接调用相关API函数即可。

[!Warning|style:flat|label:Warning 注意|iconVisibility:visible] 很多设备初始化函数是有低功耗设置的，不要轻易改！！

简述一下部分BSP：

  1. WDOG采用外置的原因是，想要做睡眠低功耗，那么使用MCU内部的看门狗关闭不了，只能一直唤醒喂狗，否则就要重启，那么这样就失去了睡眠的意义了；

  2. IIC使用的软件模拟的方式进行驱动，没有用硬件IIC，还是更推荐使用硬件IIC，IIC总线的定义如下，定义了GPIO的口和CLK使能函数，在各个设备中直接用iic_bus_t进行创建IIC即可，然后调用iic_hal.c中的API即可；

typedef struct
{

        GPIO_TypeDef * IIC_SDA_PORT;
        GPIO_TypeDef * IIC_SCL_PORT;
        uint16_t IIC_SDA_PIN;
        uint16_t IIC_SCL_PIN;
        void (*CLK_ENABLE)(void);

}iic_bus_t;

  1. key按键的驱动，GPIO设置有添加中断，这个是为了按键唤醒进入STOP模式的MCU；

  2. EM7028心率，驱动中只写了对寄存器的读取，具体的心率算法和血氧算法没有放在BSP中；

  3. DataSave数据保存，为了方便保存手表设置等数据，自定义了EEPROM中的存储帧，详见代码；

  4. IMU，dmp库中的init函数是改过的，还有MP6050.c，有比较多低功耗相关的，建议直接拿去用，不需要再改了。关于MPU6050记步的问题，难点主要在实现低功耗记步，它的内部是有一个寄存器存储步数的，应该MPU6050内部是有记步算法的，不需要用户在外部再自己设计记步算法了。

1.4. 硬件访问机制-HWDataAccess

1.4.1. LVGL仿真和MDK工程的互相移植

为什么加入HWDataAccess.c，而不直接调用BSP的API呢，主要是为了方便移植和管理。

上面图片所示这个OV_Watch/User文件夹中的Func文件夹和GUI_APP文件夹，全部复制到LVGL仿真文件夹中，如下所示，即完成了仿真的移植。

同理，你在LVGL仿真中，改完UI App后，想要移植回MDK工程，看下实物效果，也是直接将LVGL仿真中的user_test中的文件复制过去即可。

当然，MDK工程和LVGL仿真工程的移植过程需要改一个东西，就是HWDataAccess.h中的使能：


/***************************
 *  Hardware Define
 ***************************/
/**
 *  if not use, just set 0
 *
 *
 *  if just test ui, no hardware, just set HW_USE_HARDWARE 0
 *
 */

#define HW_USE_HARDWARE 1

#if HW_USE_HARDWARE
  #define HW_USE_RTC    1
  #define HW_USE_BLE    1
  #define HW_USE_BAT    1
  #define HW_USE_LCD    1
  #define HW_USE_IMU    1
  #define HW_USE_AHT21  1
  #define HW_USE_SPL06  1
  #define HW_USE_LSM303 1
  #define HW_USE_EM7028 1
#endif

如果是在仿真中，就把HW_USE_HARDWARE定义为0即可，MDK中自然就是定义为1。使用这个HWDataAccess就方便把硬件抽象出来了，具体的代码详见代码。

1.4.2. HWDataAccess具体使用方式

在HWDataAccess.c中，使用结构体进行各个硬件管理，如下代码所示。各个typedef定义在HWDataAccess.h中可以看到。

/***************************
 *  External Variables
 ***************************/
HW_InterfaceTypeDef HWInterface = {
    .RealTimeClock = {
        .GetTimeDate = HW_RTC_Get_TimeDate,
        .SetDate = HW_RTC_Set_Date,
        .SetTime = HW_RTC_Set_Time,
        .CalculateWeekday = HW_weekday_calculate
    },
    .BLE = {
        .Enable = HW_BLE_Enable,
        .Disable = HW_BLE_Disable
    },
    .Power = {
        .power_remain = 0,
        .Init = HW_Power_Init,
        .Shutdown = HW_Power_Shutdown,
        .BatCalculate = HW_Power_BatCalculate
    },
    .LCD = {
        .SetLight = HW_LCD_Set_Light
    },

    .IMU = {
        .ConnectionError = 1,
        .Steps = 0,
        .wrist_is_enabled = 0,
        .wrist_state = WRIST_UP,
        .Init = HW_MPU_Init,
        .WristEnable = HW_MPU_Wrist_Enable,
        .WristDisable = HW_MPU_Wrist_Disable,
        .GetSteps = HW_MPU_Get_Steps,
        .SetSteps = HW_MPU_Set_Steps
    },
    .AHT21 = {
        .ConnectionError = 1,
        .humidity = 67,
        .temperature = 26,
        .Init = HW_AHT21_Init,
        .GetHumiTemp = HW_AHT21_Get_Humi_Temp
    },
    .Barometer = {
        .ConnectionError = 1,
        .altitude = 19,
        .Init = HW_Barometer_Init,
    },
    .Ecompass = {
        .ConnectionError = 1,
        .direction = 45,
        .Init = HW_Ecompass_Init,
        .Sleep = HW_Ecompass_Sleep
    },
    .HR_meter = {
        .ConnectionError = 1,
        .HrRate = 0,
        .SPO2 = 99,
        .Init = HW_HRmeter_Init,
        .Sleep = HW_HRmeter_Sleep
    }
};

如何在UI层使用HWDataAccess呢，例如在HomePage中的调节LCD亮度的回调函数中，这么使用，可以看到直接调用HWInterface.LCD.SetLight(ui_LightSliderValue);即可。

void ui_event_LightSlider(lv_event_t * e)
{
    lv_event_code_t event_code = lv_event_get_code(e);
    lv_obj_t * target = lv_event_get_target(e);
    if(event_code == LV_EVENT_VALUE_CHANGED)
    {
        ui_LightSliderValue = lv_slider_get_value(ui_LightSlider);
        HWInterface.LCD.SetLight(ui_LightSliderValue);
    }
}

那么他是如何在有硬件的MDK工程中也能用，LVGL无硬件的仿真也能用，我们看到HWInterface.LCD.SetLight对应的函数是什么：

HW_InterfaceTypeDef HWInterface = {
    // 省略前面
    .LCD = {
            .SetLight = HW_LCD_Set_Light
        },
    // 省略后面
}

首先看到HWInterface.LCD.SetLight定义的是函数HW_LCD_Set_Light，而这个函数的内容如下，即当HW_USE_LCD使能时，运行这个函数，能够正常调光，当LVGL仿真中不使能硬件HW_USE_HARDWARE时, HW_USE_LCD也不使能，则此函数执行空，工程也不会报错。

void HW_LCD_Set_Light(uint8_t dc)
{
    #if HW_USE_LCD
        LCD_Set_Light(dc);
    #endif
}

1.5. LVGL页面管理-PageManager

[!TIP|style:flat|label:Tip 小贴士|iconVisibility:visible] 这个PageManager可以直接拿过去用于LVGL相关项目，方便进行页面管理~

1.5.1. PageManager框架

OV-Watch手表项目的LVGL页面有很多，在GUI_App文件夹中，Screen文件夹中存放着所有的page。由于screen很多，所以有必要进行页面管理。这里开一个栈进行页面管理。

首先看到PageManager.h, Page_t结构体是用于描述一个LVGL页面的，里面的对象有初始化函数init，反初始化函数deinit以及一个用于存放lvgl对象的地址的lv_obj_t **page_obj。

PageStack_t结构体描述一个界面栈，用于存放Page_t页面结构体，top表示栈顶。

// 页面栈深度
#define MAX_DEPTH 6

// 页面结构体
typedef struct {
    void (*init)(void);
    void (*deinit)(void);
    lv_obj_t **page_obj;
} Page_t;


// 页面堆栈结构体
typedef struct {
    Page_t* pages[MAX_DEPTH];
    uint8_t top;
} PageStack_t;

extern PageStack_t PageStack;

再看到PageManager.c，栈的初始化还有push和pop操作就不再赘述了，在pop函数中，除了将top减1，还调用了页面deinit函数，负责反初始化当前页面

stack->pages[--stack->top]->deinit();

Page_Back(), Page_Back_Bottom(), Page_Load()就是主要在代码中调用的函数了，分别的作用是Back到上一个界面，Back到最底部的Home界面，以及load新的界面。

1.5.2. 如何在ui app中使用PageManager

这里以代码比较少的ui_ChargPage.c为例，这个page也是我很久之前使用square line生成的，一般会生成ui_ChargPage_screen_init函数。

首先我们需要注册一个Page结构体存储当前的页面，填充好初始化init，反初始化函数deinit以及LVGL页面对象&ui_ChargPage，然后我的deinit是用于删除定时器timer的，这里的timer主要用于刷当前页面的数据，所以不在当前页面时需要删除掉。

// 省略前面...

///////////////////// Page Manager //////////////////
Page_t Page_Charg = {ui_ChargPage_screen_init, ui_ChargPage_screen_deinit, &ui_ChargPage};

/////////////////////// Timer //////////////////////
// need to be destroyed when the page is destroyed
static void ChargPage_timer_cb(lv_timer_t * timer)
{
    if(Page_Get_NowPage()->page_obj == &ui_ChargPage)
    {
        // 刷新数据等操作
    }
}

///////////////////// SCREEN init ////////////////////
void ui_ChargPage_screen_init(void)
{
    // 省略中间...
    // private timer
    ui_ChargPageTimer = lv_timer_create(ChargPage_timer_cb, 2000,  NULL);
}

/////////////////// SCREEN deinit ////////////////////
void ui_ChargPage_screen_deinit(void)
{
  lv_timer_del(ui_ChargPageTimer);
}

// 省略后面...

1.6. 多线程任务

这里默认大家已经会用FreeRTOS了，此项目都用的CMSIS_OS_V2的API。Tasks文件以及其作用如下所示。

├─Application/User/Tasks            # 用于存放任务线程的函数
│  ├─user_TaskInit.c                # 初始化任务
│  ├─user_HardwareInitTask.c        # 硬件初始化任务
│  ├─user_RunModeTasks.c            # 运行模式任务
│  ├─user_KeyTask.c                 # 按键任务
│  ├─user_DataSaveTask.c            # 数据保存任务
│  ├─user_MessageSendTask.c         # 消息发送任务
│  ├─user_ChargeCheckTask.c         # 充电检查任务
│  ├─user_SensUpdateTask.c          # 传感器更新任务
│  ├─user_ScrRenewTask.c            # 屏幕刷新任务

  1. 任务初始化TaskInit.c，注册各个任务，分配空间，注册一些信号量，任务的汇总可以看这个文件。同时也创建了一个软件定时器，用于记录空闲时间，即用户没有操作过长就会发出idle信号，idle过长，就会发出STOP信号，进入睡眠。LVGL的时钟提供也放在这个文件夹，为LvHandlerTask。看门狗得喂狗Task也放在这个文件中。

  2. 硬件初始化user_HardwareInitTask.c，其实这里应该叫BootTask，不仅仅有硬件的初始化，最后还有LVGL的初始化。这个任务运行完后，会把本任务删除，即调用vTaskDelete(NULL);；

  3. 按键任务keytask，按键发生即发出信号量，调osMessageQueuePut(Key_MessageQueue, &keystr, 0, 1);和osMessageQueuePut(IdleBreak_MessageQueue, &IdleBreakstr, 0, 1);，一个是按键信号量，一个是空闲打断信号量；

  4. 屏幕切换任务user_ScrRenewTask.c，接受按键信号量，然后调用PageManager中的函数；

  5. 运行模式切换任务user_RunModeTasks.c ，主要用于进入STOP模式和退出STOP模式，接收到Idle超时发出的Stop_MessageQueue信号量就进入STOP模式。这里跟硬件和UI的睡眠时间设置强相关，比较耦合，代码还有goto，有点小小不规范，请见谅~

  6. 其它详见代码。

2. BootLoader与无线升级

Bootloader程序在Software/IAP_F411中，这个是我拿官方的IAP程序稍微改了一下。这个工程有需要的就自行研究一下，大家可以直接拿去用的，不需要改什么。

我唯一改的地方就是加了一个FLAG验证，即在FLASH中留了一个位置放FLAG，用于判断APP程序是否完好。进入升级模式时，FLAG位置自动清空，FLAG位是在传输完成验证后才写入内容的，可以保证APP传输的完整。

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