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给嵌入式项目代码也来个结构分层

admin 2019-5-10 15:44 117人围观 嵌入式相关

内容整理自网络

在一个初学者从入门走向精通的途中,像这种 发现问题 → 投入思考 → 提出方案 的学习模式是非常有效的。



一 、 遇到的问题

通过这一段时间的编码实践,积累了一些编码经验,但也体会到了之前的代码结构的缺陷: 

(1)开发效率低:每次使用片内的某一资源(例如定时器等),笔者都要去查询技术手册,比较eggache~

  

(2)代码重复较多:每个实验源码中,诸如 xtal_init ,led_init 等初始化函数每次都要编写

  

(3)不易修改:代码中的业务逻辑与SFR的操作混在一起,可读性较差,修改起来也费力



二  、由网站分层引起的思考

在学习嵌入式编程之前,我曾有过 ASP.NET 网站开发经验,对其分层理论也有所实践,下面简单提一下:

  

一般的有一定复杂度的网站可分为以下三层:

(1)数据接入层(DAL):负责与数据库的交互,供业务逻辑层调用

  

(2)业务逻辑层(BLL):调用数据接入层以获取数据,并为具体的业务需求提供支持

  

(3)用户界面层(UIL):负责呈现最终的用户界面

相信很大一部分朋友都对此非常熟悉,在此不再赘述。总之,分层以后,大大提高了代码的复用性与扩展性。

那么在嵌入式开发中,能否也利用分层的思想,来提高开发效率,增强其可维护性与可扩展性呢?



三 、嵌入式项目也来个分层

当然不能照搬ASP.NET 的具体分层思想,具体问题得具体分析嘛。

  

首先,嵌入式开发的核心就是芯片,它提供固定的片内资源共开发者使用。而且它具有一个很重要的特点就是,不随项目的需求变动而变动。所以应将其作为最底层,为上层提供基础支持。我们将其命名为 硬件抽象层(Hardware Abstract Layer)。  

  

芯片有了当然还不够,通常我们会在片外扩展一些功能模块来满足具体的项目需求,例如:传感器、键盘、LCD屏等。这一层的特点是,随项目的变动而以模块为单位动态增减。这一层的运作需要芯片内部资源的支持,所以应处于硬件抽象层之上,并为上层调用。我们将其命名为 功能模块层(Functional Module Layer)。

  

OK,现在原材料都准备齐了:芯片+扩展模块,接下来就要开始真正的加工了:我们需要灵活调用之前两层所提供的接口,实现具体的项目需求。我们将其命名为 应用程序层(Application Layer)。

  

图文:



(1)硬件抽象层(HAL)  

实现对片内资源 (如定时器、ADC、中断、I/O等) 的通用配置,隐藏具体的SFR操作细节,为上层提供简单清晰的调用接口。

(2)功能模块层(FML)

通过调用 HAL,实现项目中所涉及到的各片外功能模块,隐藏具体的模块操作细节,并为上层提供简单清晰的调用接口。

(3)应用程序层(APL)

通过调用 HAL 与 FML,实现最终的应用功能。



四  、小试牛刀

OK,我们举一个具体的例子,来说明分层思想的运用。

之前,曾经有一个需要完成一个略带综合性的小实验“温度监测系统”的项目,需求分析大概如下:

• CC2430节点实现对温度的定时采集,并可通过LED灯指示其采样频率

• 节点将数据传送至PC端

• 节点可以接收来自PC的控制指令,以调整采样速率和电源模式

• 具备停机自动复位能力

• 可进入睡眠状态,并可由按键唤醒

从上面的需求中我们可以看出,本实验的核心芯片为CC2430,需要的片外扩展模块为LED灯与按键,预期要达到具体项目需求即以上五点。  

  

接下来,我们利用上面提到的分层理论小试牛刀,对“温度监测系统”这一实验的代码结构进行规划:

(1)应用程序层(APL)

[main.c] 引用 hal.h、ioCC2430.h 与 module.h,实现温度采集、与PC互通信、停机复位等具体的应用需求

  

(2)功能模块层(FML)

[module.h] 定义了一系列片外功能模块(LED、按键),以及一系列的相关函数的声明

      

[module.c] 引用 hal.h,实现各片外模块(LED、按键)的功能

  

(3)硬件抽象层(HAL)

[ioCC2430.h](系统自带):定义了CC2430的所有SFR 、中断向量

[hal.h] 包括常用类型定义、常用赋值宏、以及CC2430片上资源的配置(I/O、串口通讯、ADC、定时器、电源管理等)

(注:由于本实验所涉及的片外模块——LED与按键——的使用极其简单,所以笔者将其合并入了单个源文件。若遇到较复杂的模块,可以单独新建 .h 与 .c 文件来实现,如LCD.h、LCD.c)  

  

经此设计,其优点逐渐浮出水面:

• 高效的开发速率:编完 HAL 层中的 hal.h 之后,我们就可以很方便地调用,而不必反复地去查询SFR的具体设置细则
 

• 快速扩展:若需要加强系统功能,只需在 FML 层添加相应功能模块(即 .c 文件),并在 main.c 中调用即可
 

• 较高的代码重用性:HAL 层所提供的SFR操作可供通用,而且该层几乎不用修改就可直接用于新的CC2430项目中
 

• 较好的可维护性:项目代码结构清晰,HAL 与 FML 几乎不需要修改,只需修改 APL 即可



五 、结论

 

可能对于嵌入式编程高手来说,上述理论可能完全算不得什么,甚至还存在着很大的错误。不过在一个初学者从入门走向精通的途中,像这种 发现问题 → 投入思考 → 提出方案 的学习模式,我相信是值得而且很有必要的。就像很多人说的那样:过程比结论更重要。




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