FRDM-KL25Z 板的 Arduino 兼容软件库

• 下载 msf_lite.zip - 2 MB

引言

FRDM-KL25Z 是一款有趣的超低成本 32 位微控制器开发板。它之所以吸引“自己动手”社区，是因为其低廉的价格（约 13 美元）以及与 Arduino 引脚兼容性。如果你和我一样是 Arduino 用户，那么当你听说有一款开发板，其价格不到标准 Arduino 开发板的一半，却能提供运行频率为 48 MHz 的 32 位 ARM MCU，128 KB 闪存和 16 KB RAM 内存，以及板载加速度计等功能时，你可能会感到兴趣。但正如你可能预料到的那样，其中有一个“陷阱”。FRDM 开发板的引脚布局相同，因此你可以连接 Arduino 扩展板，但没有软件兼容性。你不能使用 Arduino API 函数，例如 digitalRead、delay 等，也不能通过 Arduino IDE 对开发板进行编程。我当时在想，如果能做到就好了……本文就是我朝着这个方向迈出的第一步。

预期功能

上面的文字可能会让你认为我已经完成了将 Arduino 移植到 FRDM-KL25Z 平台的所有工作。不幸的是，并非如此。我应该在一开始就清楚地说明预期功能。本文介绍了一个软件库（或框架），它允许你使用与 Arduino API 中可用的相同函数来编写程序。它不允许你使用 Arduino IDE 对 FRDM 开发板进行编程。它也不包含 Arduino 库，只包含基本 API。使用的 IDE 是飞思卡尔的 Kinetis Design Studio (KDS)，它是一个基于 Eclipse 的 IDE，并且是著名的 CodeWarrior IDE 的简化版本。它是免费的，这很好。你可以从这里下载。
 

目标受众

我认为主要受众是喜欢编程且不惧怕 C 语言，但不太喜欢制作硬件并喜欢 Arduino 类开发板和扩展板舒适性的用户。我会说它适用于想要使用具有强大功能和有趣特性的 Arduino 类开发板的程序员。
对于 Arduino 初学者来说，这个库可能很难使用。

 

新功能

在本文的 2015 年 6 月修订版中，我更新了文本，允许在新版本的 Kinetis Design Studio IDE (3.0.0) 中使用该库。还提供了更新后的源代码。有关详细信息，请参阅源包中的发布说明文件。

在 2015 年 2 月更新的本文和库版本中，我添加了 pulseIn 和 tone 功能。在第一个版本中我不知为何遗漏了这一点，尽管它看起来非常有用。如果你不熟悉 Arduino API，pulseIn 函数会读取引脚上脉冲的长度。tone 函数会在引脚上生成方波信号。
然而，我决定不完全“模拟”这两个函数，因为它们有一个严重的限制——pulseIn 只能一次测量一个引脚上的脉冲，从而阻塞程序的执行。此外，你只能一次在一个引脚上使用 tone 生成方波信号。这可能对于实验和玩耍来说没问题，但对于严肃的项目来说会非常受限。所以我需要一个更强大的解决方案。一旦我有了它，再用它们的限制来构建 pulseIn 和 tone 包装器似乎就没有意义了。我添加到这个库中的解决方案是一个新的高级（即易于使用）驱动程序，称为 waveio。有关更多信息，请参阅本文底部的 **pulseIn、tone 和 Servo** 一章。
以下是 waveio 驱动程序功能的概述：

• 同时测量和生成多达 10 个引脚上的信号（输入/输出的任意组合）。
• 输出信号可以有任意占空比，而不仅仅是 50%（方波）。
• 用于控制伺服电机和读取 RC PPM 信号（控制 RC 模型中伺服电机的信号）的便捷函数。
• 用于读取输入脉冲（例如，来自 Parallax Ping 超声波测距传感器）的便捷函数。

在随附的 zip 文件中，您将找到新版本的库，其中包含新的 waveio 驱动程序和 waveio 示例项目，演示了如何使用它。

背景

如果您对 FRDM-KL25Z 开发板的硬件感兴趣，可以在互联网上找到许多资源。我的早期 CodeProject 文章也包含了简要概述——在 CodeWarrior 中为 Freescale Freedom 平台编写您的第一个程序。

如果您决定希望在您的微控制器开发板上拥有 Arduino 中可用的相同功能，您基本上有两种选择：

1. 获取 Arduino 源代码并为您的开发板进行修改，或者
2. 编写自己的函数并在顶部添加 Arduino 兼容的“包装”函数

我不想使用选项 1，尽管它可能很有趣——创建一个新的“Arduino 克隆”。但与问题相比，收益似乎很小。实际上，我能看到的唯一好处是它可以面向更广泛的受众——所有使用 Arduino 的人都可以使用它。这很有吸引力，但存在一些问题：首先，我觉得我无法独自处理所有工作，例如集成到 IDE 中，所以我只限制自己创建软件。其次，我不喜欢 Arduino API 的内部设计方式。我不想遵循我（并非我一个人）不认为好的设计。最后，Arduino IDE 的功能非常有限，主要是一点，没有调试器可用。通过打印到串行线来调试 ARM 微控制器程序似乎不合适。
因此，我决定以自己的方式编写一个库，并在顶部添加 Arduino API 作为“薄包装”。这样，您可以在需要时使用 Arduino 函数，但也可以在准备好后转向更强大的函数。我将我的库命名为 MSF Lite。MSF 代表微控制器软件框架。稍后会详细介绍。
 

使用代码

要在您的项目中使用该库，请执行以下操作：

• 将随附的 zip 文件解压到您的磁盘。例如，解压到 c:\msf_lite。
• 从 msf_lite\examples 中选择一些示例程序开始。

您将需要：

• Kinetis Design Studio IDE。您可以从 Freescale 网站下载。
• 带有兼容 OpenSDA 应用程序的 FRDM-KL25Z 开发板 - 见下文。

关于开发板和 OpenSDA 应用程序的说明
我假设您拥有 FRDM-KL25Z 开发板和用于连接电脑的 USB 线缆。我不确定您的开发板将使用哪个版本的 OpenSDA 应用程序（“引导加载程序”）。最好将固件更新到最新版本。您可以从 P & E Micro 下载。页面顶部有 Open SDA Firmware 链接，以及更新开发板固件的说明。您从 P & E Micro 网站下载的 zip 包包含用于不同开发板的许多应用程序。您应该使用 MSD-DEBUG-FRDM-KL25Z_Pemicro_v114.SDA，它集调试器、虚拟串口和大容量存储于一体。

打开示例程序

请注意，有关打开示例项目的教程也可以在 msf_lite/doc 中找到 pdf 和 html 格式。它可能比本文更新。

示例程序可在 msf_lite\examples\kds\frdm_kl25z 文件夹中找到。使用 Arduino API 的示例名称以 "arduino_" 开头，其他示例是使用 MSF 库函数的“纯”C 语言程序。

以下是尝试示例程序的方法：

启动 Kinetis Design Studio，然后从文件菜单中选择导入...

在“导入”窗口中，展开通用文件夹并选择现有项目到工作区
 

在下一个窗口中，选择“选择根目录”选项，并浏览到 msf_lite\examples\kds\frdm_kl25z。选择您希望导入的示例程序文件夹，例如 **arduino_blink**，然后单击“确定”。

提示：您也可以选择父 frdm_kl25z 文件夹并一次性导入所有示例。

所选文件夹中包含的项目应该出现在“导入”窗口的“项目”区域中。


 

请确保未勾选“将项目复制到工作区”复选框！

单击“完成”按钮，项目即可导入。



您现在可以打开 Sources 文件夹中的 main.c 文件来查看代码。

要构建程序，请单击工具栏中带有锤子图标的按钮。



您也可以右键单击项目，然后从上下文菜单中选择“构建项目”。

项目应构建无误。

启动程序

我们需要一个 **调试配置** 才能下载（和调试）程序。

在此库的 KDS 3.0.0 (2015 年 6 月) 版本中，调试配置已添加到示例项目中，因此您无需创建它们。但如果您遇到包含的配置有问题，仍然可以创建一个新的，如下所述。

右键单击项目资源管理器中的项目，然后从上下文菜单中选择调试方式... > 调试配置...。
在“调试配置”窗口中，选择“GDB PEMicro Interface Debugging”，然后单击窗口左上角的“新建启动配置”按钮。

在窗口的右侧出现一些选项卡。首先选择主选项卡。单击“C/C++ 应用程序框”下方的“搜索项目...”按钮，然后选择您将看到的 .elf 文件——例如，**arduino_blink.elf**。

您现在应该在“C/C++ 应用程序”字段中看到选定的 .elf 文件（可执行文件）。

接下来，选择调试器选项卡。
在“接口”组合框中选择“OpenSDA Embedded Debug - USB Port”。
在“设备名称”中选择“KL25Z128M4”。



确保您的 FRDM-KL25Z 已连接到您的计算机。

现在单击右下角的“调试”按钮开始调试。

如果一切顺利，KDS 应该切换到调试透视图，您应该看到程序停在 main 函数的开头。您现在可以单击“继续”按钮来启动程序。

对于 arduino_blink 示例项目，您应该会看到开发板上的蓝色 LED 闪烁。

要停止程序，请使用红色“停止”按钮。然后，您将需要使用 IDE 窗口右上角的“C/C++”按钮，从调试透视图切换回 C/C++ 透视图。

请注意，如果您想尝试另一个示例，您将需要按照上述相同的方式创建新的调试配置。

您可以在 main.c 文件顶部的注释中找到每个示例程序的描述。IDE 默认会将此注释显示为“折叠”状态，因此要查看注释，请单击编辑器中的加号 (+) 按钮。

创建您自己的项目

有关如何使用 MSF lite 创建您自己的项目的说明，请参阅 msf_lite\doc\kds_howto3.0.0.txt 文件。

配置您的项目

您的项目中可以配置许多选项。您可以通过编辑项目“Sources”文件夹中的 **msf_config.h** 文件来完成此操作（从 KDS IDE 打开）。

您将在该文件中找到几个宏。最重要的是 F_CPU 和 F_BUS。通过它们，您可以定义将使用的 CPU 速度。

**请注意，这些宏的目的是向 MSF 库告知您已设置的 CPU 频率。您不会通过更改这些值来定义 CPU 速度。您只是通知库您正在使用的 CPU 速度。**

CPU 速度可以通过将 CLOCK_SETUP 符号定义为 0 到 4 之间的值来设置。在 KDS 3.0.0 的新版本中，此方法有所改变。KDS 中提供的源代码不再定义 CLOCK_SETUP 符号。如果您不自行定义，将使用默认设置 0（20.97 MHz CPU 时钟）。您可以在项目设置中定义此符号：C/C++ Build > Settings > Cross ARM C Compiler > Preprocessor。

在“已定义符号”列表中输入：CLOCK_SETUP=1

要查看 KDS 中定义的时钟选项，请打开您的项目/Includes 文件夹 > system_MKL25Z4.h 文件。预定义的时钟设置位于文件顶部附近的注释中。

本文提供的示例项目使用时钟设置 1，即 48 MHz，但它们应该适用于所有可用的频率。只需确保通过定义 CLOCK_SETUP 符号设置的值与 msf_config.h 中定义的值同步。您将在 msf_config.h 文件中找到所有可用（和支持）的值被注释掉，因此您只需取消注释您需要的值即可。请注意，这适用于 KDS 3.0.0 和 1.1.1 版本中可用的 CLOCK_SETUP 选项。我希望这些值在 IDE 的未来版本中不会改变。

在旧版 KDS (1.1.1) 中，CLOCK_SETUP 在 system_MKL25Z4.c 文件中定义，您可以在项目中的 Project_Settings\Startup_Code 文件夹中找到它。在该文件顶部有 CLOCK_SETUP 符号的定义，例如 #define CLOCK_SETUP 1。

 

文档

msf_lite/doc/doxygen 文件夹中包含 doxygen 生成的源代码文档。打开位于该处的index.html 文件。有关 Arduino 兼容 API，请参阅下一节。

msf_lite/doc/kds_howto3.0.0.txt 中还有一个关于使用 MSF Lite 创建新项目的教程，以及 msf_lite/doc/import_example_project.pdf 中有一个关于导入示例项目的教程。

 

Arduino 兼容 API

我不想重复原始 Arduino API 的文档，因此我将只列出支持的函数并在适当的地方添加一些注释。

数字输入/输出

pinMode、digitalRead 和 digitalWrite 可用，其接口与 Arduino 相同。以下是原型：

void digitalWrite(int pin, int val);
int digitalRead(int pin);
void pinMode(int pin, int mode);

pin 是一个简单的整数，与 Arduino 中相同。这些数字 I/O 函数的实现方式与我的Arduino 数字 I/O 快速版本类似，因此它们应该工作得非常快。如果您需要最佳性能，可以使用原生 MSF 函数，例如 msf_pin_write。有关详细信息，请参阅下面的 MSF Lite API 部分。

模拟功能

也支持模拟功能。我这里也包含了 analogWrite 函数，尽管我们都知道它实际上不是模拟输出，而是 PWM 输出。

void analogReference(int type)

analogReference 的工作方式与原始版本相同，但仅支持 DEFAULT 和 EXTERNAL 参考类型。我们的 MCU 的 ADC 中没有内部参考。除非您对硬件进行更改，否则对于 FRDM-KL25Z 开发板，这两个值具有相同的效果——参考是电源电压，约为 3V。这是因为，如文档所述，VREFH (AREF) 引脚在板上连接到电源（3V），如果您想使用外部电压，则必须切断走线 SH1 并在 R3 的位置放置导线（0R 电阻）。

int analogRead(int pin);

与原始函数相同，但值为 16 位（范围 0 到 65535）。

void analogWrite(int pin, int value);

pin 是 Arduino 中使用的数字引脚编号。有关 Arduino 引脚编号到实际 MCU 引脚（端口 + 引脚）的映射，请参阅 msf_lite\board\frdm_kl25z 中的 arduino.h 文件。您将找到类似以下的定义：

#define PD2 (GPIO_D4)

这意味着 Arduino 数字引脚 2 实际上是微控制器的引脚 D4。
value 是 PWM 信号的占空比，介于 0 到 255 之间。这与原始接口相同，但功能大大扩展。与标准 Arduino 开发板不同，在标准 Arduino 开发板上只有少数引脚可以真正生成 PWM 信号，而 FRDM-KL25Z 上几乎所有引脚都可以做到（除了引脚 14 和 15）。PWM 信号的频率可以通过配置文件 msf_config.h 中的 #define 设置，范围从大约 250 Hz 到 32 kHz。您将在每个示例项目的 Sources 文件夹中找到此配置文件。搜索 MSF_AWRITE_500HZ。
对于不能生成 PWM 的引脚（14 和 15），该函数不执行任何操作。这与 Arduino 不同，Arduino 对于此类引脚，如果请求的占空比在 0 到 127 之间，则将输出引脚设置为低电平，如果高于 127，则设置为高电平。我认为此类功能无用，只会使代码复杂化。

时间函数

uint32_t millis();

uint32_t micros();

void delay(uint32_t millis);

void delayMicroseconds(uint32_t micros);

与原始功能相同。micros 函数的分辨率为 1 微秒。
请注意，delay 不应从中断服务例程 (ISR) 调用。从 ISR 调用 delayMicroseconds 是安全的。delayMicrooseconds 对于大约 2 微秒及以上的延迟可靠工作。您还可以使用 MSF_DELAY_1US 和 MSF_DELAY_5US 宏来实现短的固定时间延迟。

Serial 类

Serial 类在 Arduino 中提供串口通信 (UART)。我不想使用 C++，因此 MSF lite 中的 Serial 不是一个真正的类，而是一个带有函数指针的结构体。这听起来可能有点吓人，但对于用户来说没有区别——它的使用方式与 Arduino 中相同。例如，你写：

Serial.begin(9600);

与 Arduino 版本相比，该类的功能非常有限。这既是由于决定不使用 C++，也是由于我缺乏实现高级功能的强烈意愿。
主要区别在于没有一个单一的打印函数可以打印您给它的任何内容。这在 C 语言中（不像 C++ 中）不容易做到。这就是为什么我创建了单独的函数来打印最常见的数据类型。
此外，它只能与 UART0（引脚 0 和 1）一起使用。没有 Serial1 或 Serial2 “对象”，尽管微控制器中实际上有 3 个 UART 模块。对于其他 UART，可以使用“原生”MSF lite 驱动程序。
以下是 MSF lite Serial“类”函数的完整列表：

void  begin( uint32_t baudrate);

支持波特率 2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200。对于无效波特率，将默认为 9600。始终使用 8 个数据位和 1 个停止位，无奇偶校验。这无法更改。如果需要此类高级功能，可以使用原生 MSF lite 驱动程序 Driver_UART0 代替 Serial。

void  end(void);

实际上什么都不做。

void print(const char* str);

将文本（字符串）打印到串口。

void println(const char* str);

与 print 相同，但在文本后也打印一个新行。您也可以在给 print 的字符串中包含 "\n" 来创建新行。

void printint(int val, int format);

以给定格式打印整数。格式可以是 DEC、HEX、OCT。不支持 BIN 格式。

void printfloat(float val, int decplaces);

打印实数，小数点后保留指定位数。请注意，浮点数必须为 (s)printf 启用。为此，您需要将此标志添加到

-u _printf_float

在您的项目属性中，C/C++ Build > Settings > Cross ARM C++ Linker > Miscellaneous > Other Linker Flags。

 

int available(void);

获取可从串口读取的字节（字符）数量。这些数据已经到达并存储在串口接收缓冲区中（可容纳 64 字节）。

int peek(void);

返回传入串口数据的下一个字节（字符），但不将其从内部串口缓冲区中移除。也就是说，连续调用 peek() 将返回相同的字符，下一次调用 read() 也将返回相同的字符。如果没有数据可用，则返回 -1。

void flush(void);

等待传出串行数据传输完成；

int read(void);

读取传入的串口数据。返回传入串口数据的第一个可用字节（如果无数据可用，则返回 -1）。

int readBytes(char* buffer, int length);

将串口驱动内部缓冲区的字符读入给定缓冲区。当读取的长度达到预设值时，函数终止。返回缓冲区中放置的字符数。0 表示未找到有效数据。

int readBytesUntil(char terminator, char* buffer, int length);

将串口驱动内部缓冲区的字符读入给定缓冲区。当找到给定的终止符字符或读取给定长度时，函数终止。返回缓冲区中放置的字符数。0 表示未找到有效数据。

void write(int val);

将字节写入串行线。这是 Arduino 函数的受限版本；它只发送 1 个字节。如果您想发送字符串，请使用 Serial.print()。

其他功能

map 和 constrain 也受支持，其工作方式与原始版本相同。

pulseIn 和 tone 函数（以及 Servo 类）功能通过本文 2015 年 2 月更新中添加的新 waveio 驱动程序间接支持。有关详细信息和示例，请参见下文。

 

MSF Lite

如前所述，我的库名为 MSF lite，MSF 代表微控制器软件框架。我承认，对于一个相当简单的 MCU 库来说，这个名字确实有些夸张。但这个名字来源于我的“长期”项目（或梦想），即一个统一的微控制器 API。这将是另一篇文章的主题，但只是给您一些我所说的概念：想象一下，如果有一组函数可以在任何微控制器上使用……MCU 制造商似乎并没有为此付出太多努力。我可以理解他们——他们喜欢将客户绑定到他们的 MCU 上。而没有 API、特定私有 API 甚至更好的图形开发工具，是实现这一目标的有效方式。如果您的项目需要迁移到另一个 MCU 品牌，而您必须将所有代码重写到硬件级别，那将是非常痛苦的。这对客户有利吗？可能没有，但谁在乎呢？
但时代正在改变。Arduino 就是一个很好的例子。MCU 制造商从未能/想要为评估板制定一些标准布局；用户自己通过 Arduino 做到了这一点。现在，MCU 制造商开始支持 Arduino；他们制造的评估板具有 Arduino 兼容的引脚布局，以便可以连接 Arduino 扩展板。
另一个例子是 ARM 处理器架构。它正在迅速成为 MCU 的标准。似乎很快一切都将是 ARM。因此，在硬件方面，标准化似乎正在实现。
在软件方面，情况并不那么乐观。当然，Arduino API 的使用程度与 Arduino 硬件一样广泛，但它存在于自己的社区中，对高级程序员或专业人士几乎没有吸引力。它过于简单且设计糟糕（且效率低下），无法成为广泛使用的标准。ARM 也有 CMSIS 标准，它在一定程度上建议了软件 API，包括外设驱动程序定义。但它仅适用于基于 ARM 的设备，并且并非所有 MCU 制造商都真正实现。我认为需要一个开源标准。
我创建了 MSF 的一些基本设计，并为 FRDM-KL25 开发板实现了一个版本，您将在本软件包中的 Arduino API 下方找到它。这就是为什么名称中有“lite”的原因——这是 MSF 应该具有的真实 API 的轻量级版本。

库的内部设计

下图显示了库的层次结构。


在微控制器硬件之上，底部使用了 CMSIS-Core 组件。该代码由 MCU 供应商（在本例中为 Freescale）提供。CMSIS 标准由 ARM 设计，定义了低级事物，例如硬件寄存器如何在 C 语言中定义（寄存器覆盖结构）以及 SysTick 定时器等一些代码函数。

在此级别之上，我希望使用 CMSIS-Driver 组件，这是 ARM 定义的 CMSIS 标准的另一部分。不幸的是，Freescale 不提供此组件。它仅在开发板的示例代码包中提供一些基本驱动程序。由于我不喜欢这些驱动程序的编写方式，并且倾向于尽可能地遵循标准，因此我决定创建我自己的 CMSIS 风格驱动程序版本。我在这里强调“CMSIS 风格”，因为我并没有真正承担 MCU 制造商实现 CMSIS 驱动程序层的工作。我只是尝试使用相同的 API。但请不要期望我的驱动程序具有 CMSIS 标准定义的所有功能。
对于 CMSIS-Driver 标准未涵盖的外设（例如 ADC 或定时器），我以类似风格创建了自己的驱动程序接口定义。

在更高的层次上是 MSF 驱动程序，它们应该为所有平台提供统一的基本功能。

在更高的层次上是 MSF 便捷的全局函数，例如 msf_delay_ms()，它们应该允许轻松实现简单的、常用的操作。这有点像我替代 Arduino API 的方式。

最顶层是 Arduino API 包装器。在许多情况下，它只是一个简单的宏或内联函数，调用下面的 msf 函数。但在某些情况下，例如 Serial“对象”，也有相当多的代码。
 

原生 MSF API

如前所述，Arduino API 实际上只是 MSF 库及其驱动程序原生 API 的一个薄包装器。在这里描述所有驱动程序的 API 会占用太多空间。请参阅 msf_lite 中的 \doc 目录和/或源代码本身。doc/doxygen/index.html 中也有从代码生成的 Doxygen 文档。
以下是主要功能的概述：

MSF 全局函数
 

msf_init(uint32_t param)

初始化 MSF。应在程序开头调用。


GPIO（数字输入/输出）

msf_pin_direction(pin, dir)

将给定引脚的方向设置为输入或输出。不改变上拉电阻设置。pin 参数是 msf_mkl25z.h 中定义的值之一。引脚名称基于微控制器中的原始名称。格式为 GPIO_[引脚名称]，例如 GPIO_A0 或 GPIO_E29。
方向为输入或输出。详情请参见 gpio.h。
 

msf_pin_pullmode(pin, mode)

在给定引脚上启用/禁用上拉电阻。不检查或更改引脚方向。该引脚应为输入。pin 参数在 msf_pin_direction 中描述。mode 可以是 pull_up 或 pull_none。
 

msf_pin_write(pin, value)

将引脚设置为高电平或低电平状态。value 为 true 或 false。不检查或更改引脚方向。引脚应配置为输出！
 

msf_pin_read(pin)

读取给定引脚的逻辑电平。如果电平为高，则返回 true；如果为低，则返回 false。不检查或更改引脚方向。该引脚应配置为输入！
 

msf_pin_toggle(pin)

切换给定输出引脚的状态。引脚应配置为输出！


时间测量和延迟函数

uint32_t msf_millis(void);
uint32_t msf_micros(void);
void msf_delay_us(uint32_t micros); 
void msf_delay_ms(uint32_t millis);

这些时间函数类似于 Arduino。
 

MSF_DELAY_1US(void)
MSF_DELAY_5US(void)

非常短的延迟函数 - 在 delay_util.h 中实现为内联函数。

串口通信函数

void msf_print(const char* str); // print string 
void msf_print_char(char c); // print single character
/* Easy to use functions */
/* Print simple integer in decimal and hex */
void msf_printnum(uint32_t number); 
void msf_printhex(uint32_t number); 

/* More flexible functions */
/** print string and one formatted number */
void msf_printf16(const char* str, const char* format, uint16_t data);
void msf_printf32(const char* str, const char* format, uint32_t data);
void msf_printf_real(const char* str, const char* format, double data);

/* Reading characters */
char msf_read_char(void); 
bool msf_char_available(void);

模拟功能

uint16_t msf_analog_read(Analog_pin_t apin)

读取模拟值。apin 参数是 msf_mkl25z.h 中定义的值之一。引脚名称为 AIN_[MCU 上的实际引脚]，例如 AIN_E20。(E20 表示 PTE20)。请注意，并非所有引脚都可用作模拟输入。有关可用值，请参阅 msf_mkl25z.h 中的 Analog_pin_t 枚举。

 

pulseIn、tone 和 Servo（waveio 驱动程序）

如上所述，pulseIn 和 tone 函数（以及 Servo 类）在 MSF Lite 中不可直接使用，但它们的功能由 waveio 驱动程序涵盖。您可以在 _waveio_ 示例项目中查看各种用法示例。有以下示例：

• 在一个输出引脚上生成信号
• 同时在多个引脚上生成信号
• 控制 RC 舵机（类似于 Arduino 中的 sweep 示例）
• 使用 Parallax Ping 超声波传感器测量距离（读取输入脉冲）
• 读取 RC 发射器的信号（同时最多 10 个通道）

以下是一些典型的使用示例。

在一个引脚（或多个引脚）上生成信号（具有任意占空比）

waveio_init(WAVEIO_RANGE_0_5);  
waveio_out_start(WAVEIO_C0, 500, 500);    // 1 kHz, 50% duty; D0  (Arduino 10)
waveio_out_start(WAVEIO_C1, 100, 900);    // 1 kHz, 10% duty; A4    (Arduino 4)
waveio_out_start(WAVEIO_C3, 250, 250);    // 2 kHz, 50% duty; D3    (Arduino 12)

在 waveio_init 函数中，您提供希望使用的输入范围。这告诉 waveio 驱动程序需要初始化哪些低级定时器驱动程序。范围来自 MCU 中可用物理定时器中的可用通道。对于 FRDM-KL25Z 开发板中使用的 Kinetis KL25Z MCU，有三个定时器，分别称为 TPM0、TPM1 和 TPM2。TPM0 定时器有 6 个通道，另外两个定时器各有 2 个通道。这就是为什么 waveio_init 的可用范围是 0 到 5（属于 TPM0 的通道）、6 到 7（TPM1 通道）和 8 到 9（TPM2）。您可以组合任何范围，例如：

 waveio_init(WAVEIO_RANGE_0_5 | WAVEIO_RANGE_6_7 | WAVEIO_RANGE_8_9);

初始化后，只需调用 waveio_out_start 即可开始输出信号。

第一个参数（上例中的 WAVEIO_C0）是您希望使用的通道。通道直接映射到引脚。在本例中，通道 0 是 MCU 的引脚 PTD0，在 Arduino 引脚布局中是引脚 10。请注意，映射可以在项目配置文件 msf_config.h 中更改。

另外两个参数是您希望生成的信号半波的长度（以微秒为单位）。我使用这种方法而不是频率和占空比，因为它看起来更灵活，并且在代码中更容易处理。我希望它仍然易于使用。例如，要生成频率为 1 kHz 的信号，您需要获得 1 毫秒或 1000 微秒 (us) 的周期。因此，给 waveio_out_start 的两个值总和必须为 1000。如果您想要方波（50% 占空比），则两个部分相同，因此您将给函数 500 和 500。如果您喜欢方程，它们是：

Period_in_us = 1 000 / frequency_in_kHz
Frequency_in_kHz = 1 000 / period_in_us

测量引脚上的信号

waveio_init(WAVEIO_RANGE_0_5);
waveio_in_attach(WAVEIO_C0);
waveio_in_start(WAVEIO_C0);

while(1) {
    // Read measured values
    err = waveio_in_read(WAVEIO_C0, &a, &b);
    if ( err == WAVEIO_NO_ERROR )
      ; // print the length of the half-waves from a and b.
    
    msf_delay_ms(1000);
}

测量输入信号时，您也从初始化 waveio 驱动程序开始。接下来，您需要调用 waveio_in_attach 将引脚配置为定时器输入模式。这在程序中只需一次。引脚连接后，您可以通过调用 waveio_in_start 开始测量该引脚上的输入。驱动程序将在后台测量输入信号，您可以随时调用 waveio_in_read 来读取最新的测量值。该函数将为您提供输入上波的两个部分的长度。示例中的 a 和 b 变量接收这些长度。它们是简单的 16 位无符号整数，通过指针传递给函数，以便它可以将输出值存储到其中。

测量引脚上的脉冲（等待脉冲）

waveio_init(WAVEIO_RANGE_0_5);
waveio_in_attach(WAVEIO_C0);
// Note: no need to start measurement by calling waveio_in_start(n) when using waveio_in_pulse_wait().
while(1) {
    // Wait for a pulse on the input with 1000 ms timeout
    a = waveio_in_pulse_wait(WAVEIO_C0, 1000);
    if (a == 0)
       msf_print("Timeout.\n");
    else
    {
       msf_print("Pulse: ");
       msf_printnum(a);
       msf_print(" us \n");
     }
     msf_delay_ms(1000);
 }

此示例展示了 waveio_in_pulse_wait 函数，它等待输入引脚上的脉冲（带超时）。然后返回脉冲的长度（以微秒为单位）。请注意，您无需在调用此函数之前调用 waveio_in_start。只需初始化驱动程序并连接您要使用的通道，然后调用 waveio_in_pulse_wait 即可。

 控制舵机（扫描示例）

waveio_init(WAVEIO_RANGE_0_5 );
for ( angle = 0; angle < 180; angle++ ) {
   waveio_out_servo(WAVEIO_C0, angle);
   msf_delay_ms(20);
}

waveio_out_servo 函数可用于控制舵机。它实际上只是 waveio_out_start 函数的简单包装器，它接受舵机的期望角度（介于 0 到 180 之间），就像 Arduino 舵机类一样，并将其转换为适当的脉冲长度。
 

如果需要比 waveio 驱动程序提供的更精细的输入或输出控制，您可以直接使用低级 TPM 定时器驱动程序。在新版 MSF Lite 中，_input_capture_ 示例展示了这种用于捕获输入信号的用法。

MSF CMSIS 风格驱动

本节介绍 MSF 中使用的低级 CMSIS 风格驱动程序的一些功能。这些驱动程序对于高级用户可能很有用。

您可以将每个驱动程序视为一个 C++ 类（实际上它是一个带有函数指针的 C 结构体）。UART 的驱动程序就是这样一个类的示例，定时器的驱动程序是另一个示例。
驱动程序类可能有多个实例。例如，如果 MCU 中有三个 UART 模块，则将有三个 UART 驱动程序实例。您通过编写 [驱动程序实例名称].[函数名称] 来调用驱动程序函数。例如，Driver_UART0.Initialize。这就是 CMSIS 定义驱动程序的方式，我也使用这个概念。
要查找每个驱动程序可用的函数，请查看 drv_[name].h 文件（例如 drv_uart.h 或 drv_adc.h）。在该文件中，您将找到驱动程序访问结构的定义，例如：

typedef struct _MSF_DRIVER_USART { 
 uint32_t (*Initialize) (UART_speed_t baudrate, MSF_UART_Event_t cb_event); 
 uint32_t (*Uninitialize) (void); 
 uint32_t (*PowerControl) (MSF_power_state state); 
 ... 
} const MSF_DRIVER_USART;

Initialize、Uninitialize 和 PowerControl 是驱动程序函数的名称。
您还需要知道驱动程序“对象”的名称。您可以在同一文件的底部找到它。有类似这样的行：

extern MSF_DRIVER_USART Driver_UART0;
extern MSF_DRIVER_USART Driver_UART1;
extern MSF_DRIVER_USART Driver_UART2;

例如，要初始化 MCU 中的 UART0 模块，您可以编写：

Driver_UART0.Initialize();

要查找每个驱动程序函数的详细信息，请查看“uart_kl25.c”文件。您可以在此处找到带有完整注释的函数，例如 UART_Initialize。

UART 驱动
提供了微控制器中所有三个 UART 的实例。它们的名称是
Driver_UART0、Driver_UART1 和 Driver_UART2。驱动程序支持阻塞（轮询）操作和基于中断的操作。
详见 drv_uart.h。

定时器驱动
微控制器中有 TPM 定时器模块的驱动程序。驱动程序的名称为 Driver_TPM0、Driver_TPM1 和 Driver_TPM2。支持定时器的许多功能，例如 PWM、输入捕获和输出比较。
详见 drv_tmp.h。

ADC 驱动
此驱动程序用于模数转换器 (ADC)。KL25 微控制器中只有一个 ADC，因此只有一个驱动程序实例：Driver_ADC0。详见 drv_adc.h。

 

历史

2015-01-13 第一个版本。

2015-02-17 添加了 waveio 驱动程序和示例 - pulsein 和 tone 功能。

2015-06-19 示例项目已修改为适用于 KDS IDE 3.0.0 版本。