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前言

在嵌入式系統中，RGB LED狀態指示常用于設備運行狀態、故障信息或工作模式的直觀提示。在多個狀態同時存在的情況下，我們希望能讓更緊急或重要的狀態信息搶占當前的LED顯示內容，同時又能保留各狀態的獨立性和易于擴展的邏輯。

本文將詳細解析該LED顯示框架的設計思路、核心組件及其實現方式，并對關鍵代碼進行深入剖析，幫助讀者理解如何在嵌入式系統中高效地管理LED狀態顯示。它具有以下核心特性：

• ? 支持多個狀態模塊

• ? 支持不同狀態的優先級判斷

• ? 狀態判斷函數獨立，便于維護

• ? 狀態優先級支持搶占式切換

• ? 同一優先級的狀態為先進先出

• ? 支持插隊隊列管理顯示時序

一、LED 顯示框架概述

該LED顯示框架的設計目標是實現對LED狀態的智能化管理，具體包括：?

• 任務優先級管理：?不同的LED狀態具有不同的優先級，高優先級的狀態可以搶占低優先級的狀態顯示。?

• 隊列機制：?同一優先級的狀態按照先進先出的原則進行顯示，確保狀態切換的有序性。?

• 模塊化設計：?將LED狀態的檢測、插入、執行等功能模塊化，提升代碼的可讀性和可維護性。?

1. 框架結構圖

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|     led_arch_t 控制器     |
+---------------------------+
|   config 配置結構體       |
|   cmd_queue 指令隊列       |
|   cur_led_id 當前狀態ID    |
|   tick 計數器              |
+---------------------------+|| 調用周期函數v
+---------------------------+
|     led_on_tick()         |
+---------------------------+|| 查詢各狀態check函數（按優先級）v
+---------------------------+
|   判斷是否搶占并更新狀態   |
+---------------------------+|| 出隊并執行 color_exec()v
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|     LED 實際顏色控制邏輯  |
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2. 基本機制

• 每個LED狀態模塊對應一個 led_arch_t 實例；

• 每個狀態定義一個 led_item_t，包含狀態ID、優先級、檢測函數；

• led_cmd_t 用于表示某一顏色狀態及持續時長；

• 狀態變化以命令隊列形式插入，每周期執行一個命令；

• 高優先級狀態搶占低優先級狀態，并清空其未執行完的命令；

• 同一優先級狀態不會搶占，而是先進先出輪流執行。

二、核心結構與接口設計

1. 狀態命令結構

typedef struct {uint8_t color;  // 顏色枚舉值uint8_t ticks;  // 顯示該顏色的周期數
} led_cmd_t;

每條命令定義一種顏色在一定時間內保持顯示。

2. 狀態項結構

typedef struct {uint16_t id;                    // 狀態 IDuint8_t  prio;                  // 優先級，值越小優先級越高bool_t (*led_sta_check)(void);  // 檢查函數，判斷當前狀態是否激活
} led_item_t;

每種狀態都可配置一個 check 函數，若返回 true 表示狀態應被激活。

3. LED框架配置結構

typedef struct {char      *name;                  // 名稱led_cmd_t  *cmd_buf;              // 命令緩沖區（循環隊列）uint16_t   cmd_buf_size;          // 命令緩沖區大小const led_item_t    *led_item;    // 所有狀態定義數組const uint16_t      led_item_num;// 狀態總數void (*color_exec)(uint8_t color); // 執行顏色顯示函數
} led_arch_config_t;

4. LED運行控制器

typedef struct {const led_arch_config_t *config;ring_queue_t cmd_queue;   // 實際的命令隊列結構（環形隊列）uint32_t tick;            // 當前命令已經執行的tick數uint16_t cur_led_id;      // 當前正在運行的狀態IDuint8_t  init_flag;       // 是否已經初始化
} led_arch_t;

三、LED框架邏輯流程

1. 初始化邏輯

if(p->init_flag == 0)
{p->init_flag = 1;init_queue(&p->cmd_queue, NULL, p->config->cmd_buf_size);p->tick = 0;p->cur_led_id = LED_STA_ID_DEFAULT;if(p->config->led_item[LED_ID_INIT].led_sta_check){p->cur_led_id = LED_ID_INIT;p->config->led_item[LED_ID_INIT].led_sta_check();}
}

首次調用 led_on_tick() 時自動初始化，并調用 INIT 狀態的 check 函數插入初始命令。

2. 優先級搶占判斷與處理邏輯

for(uint16_t id=(LED_ID_INIT+1); id<p->config->led_item_num; ++id)
{if(p->config->led_item[id].prio < p->config->led_item[p->cur_led_id].prio){if(p->config->led_item[id].led_sta_check && p->config->led_item[id].led_sta_check()){// 搶占當前低優先級狀態for(uint16_t i=0; i<queue_length(&p->cmd_queue); ++i)rdIdx_add(&p->cmd_queue); // 清空現有命令p->cur_led_id = id;  // 切換當前狀態break;}}else break;
}

• 只檢測優先級更高的狀態

• 如果檢測為真，則清除命令隊列，實現搶占

• 切換當前狀態ID

3. 執行隊列命令并處理tick

if(queue_empty(&p->cmd_queue) == FALSE)
{uint16_t rdIdx = get_queue_rdIdx_index(&p->cmd_queue);p->config->color_exec(p->config->cmd_buf[rdIdx].color);++p->tick;if(p->tick >= p->config->cmd_buf[rdIdx].ticks){rdIdx_add(&p->cmd_queue);p->tick = 0;}
}

每次 tick 調用：

• 從隊頭讀取一條命令

• 調用 color_exec 真實點燈

• 達到tick數后出隊

4. 隊列為空時的默認狀態回滾

else 
{if (p->config->led_item[p->cur_led_id].led_sta_check() != TRUE){p->cur_led_id = p->config->led_item_num - 1; // 默認態for(uint16_t id=(LED_ID_INIT+1); id<p->config->led_item_num; ++id) {if(p->config->led_item[id].led_sta_check && p->config->led_item[id].led_sta_check()){p->cur_led_id = id;break;}}}
}

若當前狀態失效且隊列為空，回退到默認狀態。

四、LED狀態模塊封裝樣例

1. 顏色定義與顯示

typedef enum {LED_OFF,LED_RED,LED_GREEN,LED_BLUE,LED_YELLOW,LED_WHITE,
} color_t;void sta_led_color_exec(uint8_t color)
{switch(color){case LED_RED:   LED_show(RED); break;case LED_GREEN: LED_show(GREEN); break;case LED_BLUE:  LED_show(BLUE); break;case LED_YELLOW:LED_show(YELLOW); break;case LED_WHITE: LED_show(WHITE); break;case LED_OFF:   LED_show(0); break;default:        break;}
}

2. 定義狀態項數組與配置

const static led_item_t led_sta_item[] = {{LED_INIT,    0, led_init},{LED_TASK1,   1, led_task1},{LED_TASK2,   2, led_task2},{LED_TASK3,   3, led_task3},{LED_TASK4,   4, led_task4},
};const static led_arch_config_t led_sta_config = {.name = "sys sta led",.cmd_buf = led_sta_cmd_buf,.cmd_buf_size = 16,.led_item = led_sta_item,.led_item_num = sizeof(led_sta_item) / sizeof(led_item_t),.color_exec = sta_led_color_exec,
};static led_arch_t led_sta_arch = {.config = &led_sta_config,
};

五、框架使用接口

void led_sta_on_tick(void)
{led_on_tick(&led_sta_arch);  // 每周期調用
}void led_sta_clean(void)
{led_on_clean(&led_sta_arch); // 清除命令
}

六、總結與展望

本框架結合優先級調度、命令隊列、顏色執行解耦等技術手段，構建了一個靈活而強大的LED指示燈狀態控制方案。其特點如下：

• 支持多個狀態同時注冊；

• 通過優先級實現緊急狀態的插隊處理；

• 支持FIFO隊列展示同優先級下的多個狀態指示；

• 支持動態插入狀態指令，適應復雜系統場景；

• 框架通用，可在多個產品中復用。

后續可擴展功能包括：

• 狀態時間動態可調；

• LED閃爍模式定義；

• 多燈協同控制（如多個LED協同構成特定圖案）；

• 低功耗模式下的燈效優化等。