單片機工控的工程分離是什么？

單片機電路板一般專有的，如汽車的車燈控制電路板和EPS控制的電路板是完全不同的。專有的電路板，軟件就比較難通用,軟件編程比較強調(diào)的是單片機系統(tǒng)。用單片機來做工控板則有很強的通用性,如一個工控電路板既可以用來控制口罩設(shè)備，也可以用來控制電梯運行，還可以控制自助發(fā)銀行的設(shè)備等等.如此說來，工控電路板不僅僅是電路板，而是一個工控平臺.平臺的軟件是高度抽象的，如個人電腦，手機， 瀏覽器都是平臺，開發(fā)者都是基于平臺接口編程的，不用知道底層CPU寄存器，時鐘等.工控平臺也一樣，也是希望業(yè)務(wù)程序代碼中不要有單片機的寄存器設(shè)置，固件庫，時鐘相關(guān)的代碼.

要達到這個目的，就要把業(yè)務(wù)代碼和驅(qū)動系統(tǒng)代碼實現(xiàn)工程級分離;或者業(yè)務(wù)代碼使用腳本實現(xiàn)(PLC的梯形圖就是一種圖形腳本),下面說明一下前面的一種方式.

業(yè)務(wù)代碼和驅(qū)動系統(tǒng)代碼實現(xiàn)工程級分離

工程分離有靜態(tài)分離和動態(tài)分離兩種.靜態(tài)分離是把業(yè)務(wù)程序當(dāng)做一個靜態(tài)庫嵌入到驅(qū)動系統(tǒng)工程. 這個有一個缺點，業(yè)務(wù)程序修改，整個驅(qū)動軟件系統(tǒng)都要重新編譯，驅(qū)動系統(tǒng)和業(yè)務(wù)程序是一個Hex文件，業(yè)務(wù)程序也無法單獨升級。動態(tài)分離是把業(yè)務(wù)程序當(dāng)做一個單獨的Hex放到單片機內(nèi)部flash某一個扇區(qū)，業(yè)務(wù)程序代碼修改時，驅(qū)動系統(tǒng)不用重新編譯，工程代碼少，簡潔,代碼復(fù)用最大化.只需編譯業(yè)務(wù)程序代碼的工程,這時驅(qū)動系統(tǒng)不止是完成電機驅(qū)動，傳感器狀態(tài)獲取，還要完成業(yè)務(wù)程序的在線升級，加載業(yè)務(wù)程序運行.

內(nèi)存及Flash區(qū)域劃分

由于驅(qū)動和業(yè)務(wù)是兩個不同的Hex,那么兩者的RAM就不能有重疊的空間.于是可以把整個單片機RAM前48K用作驅(qū)動系統(tǒng)軟件，后面的12K RAM留給App.

keil驅(qū)動工程設(shè)置:

keil App設(shè)置:

Flash區(qū)域也應(yīng)該劃分為兩個區(qū)域,前64K用作Boot驅(qū)動，從0x8000000開始。中間的128K扇區(qū)用作App程序存儲，其它扇區(qū)用作設(shè)備參數(shù)，電機參數(shù)等.

App加載

App加載分三步：檢測App是否存在以及完整性檢測，App的全局變量初始化，跳轉(zhuǎn)到App區(qū)域運行.

App完整性檢測可以通過App的啟動文件的DCD偽指令實現(xiàn),start.s:

AREA    RESET, Code, READONLY,ALIGN=4
IMPORT InitApp
IMPORT |Load$$ER_IROM1$$Limit|
IMPORT |Load$$RW_IRAM1$$Limit|
DCD 365            ;標(biāo)志單片機中已經(jīng)存在App
DCD 111           ;CRC校驗數(shù)值
DCD |Load$$ER_IROM1$$Limit|  ;RO Code大小,用于確定程序大小,用于確定Hex二進制代碼的RAM初始化位置
DCD |Load$$RW_IRAM1$$Limit|  ;RW結(jié)束位置,用于確定Hex二進制代碼的RAM結(jié)束位置                                    
DCD InitApp          
END

DCD 365是單片機的第一條指令,位于Flash區(qū)域的0x8020000處，這樣DCD是在0x8020000處放置數(shù)值365。驅(qū)動Boot執(zhí)行讀取0x8020000處數(shù)值是否為365。

unsigned int IsAppExist = *(unsigned int*)0x8020000;
  if(IsAppExist!=365)//App沒有燒錄
  {
    return ;
  }

DCD 111是單片機的第二條指令,位于0x8020004,預(yù)留存放App的CRC數(shù)值,App在升級前，上位機先計算好Hex文件的CRC數(shù)值，下發(fā)到單片機，單片機收到CRC，寫到0x8020004處.

**DCD |Load$$

ER_IROM1

Limit|** 單片機第三條指令，位置0x8020008，Load

ER_IROM1

Limit是Keil的內(nèi)置宏，代表App編譯后的Code大小.

**DCD |Load

RW_IRAM1

Limit|** 是單片機的第四條指令，位置0x802000c,Load

RW_IRAM1

Limit也是Keil內(nèi)置宏，表示App編譯后的RW大小,也就是全局變量的大小.

uint16_t Crc_16(uint8_t *buf, int len) {
  uint16_t crc = 0;
  uint16_t i;


  while (len--) {
    crc ^= *buf++;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
      crc = (crc >> 1) ^ ((crc & 1) ? 0xA001 : 0);
    }
  }


  return crc;
}


//App CRC完整性檢測
uint8_t Check_AppCRC()
{
  uint16_t SrcCRC= *(unsigned int*)0x8020004;
  int CodeSize = *(unsigned int*)0x8020008;  
  int RWSize = *(unsigned int*)0x802000c;
  uint16_t DstCRC = Crc_16((uint8_t*)0x8020000,CodeSize+RWSize);
  if(SrcCRC==DstCRC)
  {
    return 1;
  }
  
  return 0;
}

Check_AppCrc校驗App的CRC是否正確，正確才能跳轉(zhuǎn)到App運行.

App全局變量初始化

全局變量的初始化一般是啟動文件里邊調(diào)用keil內(nèi)置的__main函數(shù)實現(xiàn)的,初始化完成以后就跳到main函數(shù)去了.為了使App的啟動文件簡單，可以Boot跳轉(zhuǎn)App前，Boot實現(xiàn)App的全局變量的初始化,全局變量初始化即把全局變量的初始數(shù)值拷貝到RAM區(qū)域,初始值編譯時屬于RW數(shù)據(jù)，存在hex文件里邊，對于單片機就是存在于Falsh區(qū)域.

要實現(xiàn)初始化就需要知道RW區(qū)域的起始地址，區(qū)域大小.Load

ER_IROM1

Limit即是RW區(qū)域的偏移地址,Load

RW_IRAM1

Limit是區(qū)域大小，再一次使用這兩個宏

/***************************************************************************************************************
  * 函數(shù)名稱： InitAppVar
  * 函數(shù)描述： 初始化業(yè)務(wù)程序的全局變量 靜態(tài)變量
  * 其它說明  :
****************************************************************************************************************/
void InitAppVar()
{
  unsigned int HexVarStartAddr = *(unsigned int*)0x8020000;//Load$$ER_IROM1$$Limit
  unsigned int HexVarEndAddr =   *(unsigned int*)0x8020004;//Load$$RW_IRAM1$$Limit
  unsigned char* pRamStartAddr = (unsigned char*)0x2000C000;
  memset(pRamStartAddr,0,10*1024); //默認(rèn)App最多10K數(shù)據(jù)清零 
  memcpy(pRamStartAddr,(unsigned char*)HexVarStartAddr,(HexVarEndAddr-HexVarStartAddr));
}

Boot與App交互

不同于一般的Boot,App的代碼和Boot代碼有很大程度的復(fù)用的，這個復(fù)用就是Boot把自己的一些功能函數(shù)封裝到一個函數(shù)結(jié)構(gòu)體，也就是一個接口文件，Boot跳轉(zhuǎn)到App時把這個函數(shù)結(jié)構(gòu)體作為跳轉(zhuǎn)函數(shù)的參數(shù)傳遞給App，App就可以通過這個結(jié)構(gòu)體調(diào)用系統(tǒng)功能.

Boot區(qū)加載代碼:

typedef struct _ActLib
{
    //步進
  void (*RunSM)(char sm_id,int nLen);
  //輸入傳感器,輸出
  char (*IsSensorOn)(char SensorNum);
  
  void (*SetPrjName)(char* name);
}ActLib;


ActLib gLib;


PtrInitApp InitApp;
InitApp = (PtrInitApp)0x8020008;
InitApp(&gLib);  //加載業(yè)務(wù)app初始化入口

App入口代碼

ActLib* l;
 void InitApp(ActLib* pLib)
{  
  l = pLib;
  l->SetPrjName("口罩設(shè)備項目");
  
  if(l->IsSensorOn(X101))
  {
    l->RunSM(SM101,200);
  }


}

上面簡單介紹了工程分離及引導(dǎo)App的方法.