給嵌入式項目也來個分層試試

在一個初學者從入門走向精通的途中，像這種 發(fā)現(xiàn)問題 → 投入思考 → 提出方案 的學習模式是非常有效的。

一 遇到的問題

通過這一段時間的編碼實踐，積累了一些編碼經(jīng)驗，但也體會到了之前的代碼結(jié)構(gòu)的缺陷：

（1）開發(fā)效率低：每次使用片內(nèi)的某一資源（例如定時器等），筆者都要去查詢技術(shù)手冊，比較eggache~

（2）代碼重復較多：每個實驗源碼中，諸如xtal_init，led_init等初始化函數(shù)每次都要編寫

（3）不易修改：代碼中的業(yè)務邏輯與SFR的操作混在一起，可讀性較差，修改起來也費力

正是由于以上問題，筆者決定暫停了該系列博文的續(xù)寫，抽出時間來思考一下解決辦法。

二 由網(wǎng)站分層引起的思考

筆者在學習嵌入式編程之前，曾有過 ASP.NET 網(wǎng)站開發(fā)經(jīng)驗，對其分層理論也有所實踐，下面簡單提一下：

一般的有一定復雜度的網(wǎng)站可分為以下三層：

（1）數(shù)據(jù)接入層（DAL）：負責與數(shù)據(jù)庫的交互，供業(yè)務邏輯層調(diào)用

（2）業(yè)務邏輯層（BLL）：調(diào)用數(shù)據(jù)接入層以獲取數(shù)據(jù)，并為具體的業(yè)務需求提供支持

（3）用戶界面層（UIL）：負責呈現(xiàn)最終的用戶界面

相信博客園中很大一部分朋友都對此非常熟悉，在此不再贅述?？傊謱右院?，大大提高了代碼的復用性與擴展性。

那么在嵌入式開發(fā)中，能否也利用分層的思想，來提高開發(fā)效率，增強其可維護性與可擴展性呢？下面，是一些筆者思考后的淺見。

三 嵌入式項目也來個分層

當然不能照搬ASP.NET 的具體分層思想，具體問題得具體分析嘛~

首先，嵌入式開發(fā)的核心就是芯片，它提供固定的片內(nèi)資源共開發(fā)者使用。而且它具有一個很重要的特點就是，不隨項目的需求變動而變動。所以應將其作為最底層，為上層提供基礎(chǔ)支持。我們將其命名為硬件抽象層（Hardware Abstract Layer）。

芯片有了當然還不夠，通常我們會在片外擴展一些功能模塊來滿足具體的項目需求，例如：傳感器、鍵盤、LCD屏等。這一層的特點是，隨項目的變動而以模塊為單位動態(tài)增減。這一層的運作需要芯片內(nèi)部資源的支持，所以應處于硬件抽象層之上，并為上層調(diào)用。我們將其命名為功能模塊層（Functional Module Layer）。

OK，現(xiàn)在原材料都準備齊了：芯片+擴展模塊，接下來就要開始真正的加工了：我們需要靈活調(diào)用之前兩層所提供的接口，實現(xiàn)具體的項目需求。我們將其命名為應用程序?qū)樱ˋpplication Layer）。

圖文：

（1）硬件抽象層（HAL）

實現(xiàn)對片內(nèi)資源 (如定時器、ADC、中斷、I/O等) 的通用配置，隱藏具體的SFR操作細節(jié)，為上層提供簡單清晰的調(diào)用接口。

（2）功能模塊層（FML）

通過調(diào)用 HAL，實現(xiàn)項目中所涉及到的各片外功能模塊，隱藏具體的模塊操作細節(jié)，并為上層提供簡單清晰的調(diào)用接口。

（3）應用程序?qū)樱ˋPL）

通過調(diào)用HAL與FML，實現(xiàn)最終的應用功能。

四 小試牛刀

OK，我們舉一個具體的例子，來說明分層思想的運用。

之前，筆者需要完成一個略帶綜合性的小實驗“溫度監(jiān)測系統(tǒng)”，需求分析大概如下：

?CC2430節(jié)點實現(xiàn)對溫度的定時采集，并可通過LED燈指示其采樣頻率

?節(jié)點將數(shù)據(jù)傳送至PC端

?節(jié)點可以接收來自PC的控制指令，以調(diào)整采樣速率和電源模式

?具備停機自動復位能力

? 可進入睡眠狀態(tài)，并可由按鍵喚醒

從上面的需求中我們可以看出，本實驗的核心芯片為CC2430，需要的片外擴展模塊為LED燈與按鍵，預期要達到具體項目需求即以上五點。

接下來，我們利用上面提到的分層理論小試牛刀，對“溫度監(jiān)測系統(tǒng)”這一實驗的代碼結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃：

（1）應用程序?qū)樱ˋPL）

[main.c] 引用hal.h、ioCC2430.h與module.h，實現(xiàn)溫度采集、與PC互通信、停機復位等具體的應用需求

（2）功能模塊層（FML）

[module.h] 定義了一系列片外功能模塊（LED、按鍵），以及一系列的相關(guān)函數(shù)的聲明

[module.c] 引用 hal.h，實現(xiàn)各片外模塊（LED、按鍵）的功能

（3）硬件抽象層（HAL）

[ioCC2430.h]（系統(tǒng)自帶）：定義了CC2430的所有SFR 、中斷向量

[hal.h] 包括常用類型定義、常用賦值宏、以及CC2430片上資源的配置（I/O、串口通訊、ADC、定時器、電源管理等）

（注：由于本實驗所涉及的片外模塊——LED與按鍵——的使用極其簡單，所以筆者將其合并入了單個源文件。若遇到較復雜的模塊，可以單獨新建 .h 與 .c 文件來實現(xiàn)，如LCD.h、LCD.c）

經(jīng)此設(shè)計，其優(yōu)點逐漸浮出水面：

? 高效的開發(fā)速率：編完 HAL 層中的hal.h之后，我們就可以很方便地調(diào)用，而不必反復地去查詢SFR的具體設(shè)置細則

? 快速擴展：若需要加強系統(tǒng)功能，只需在 FML 層添加相應功能模塊（即 .c 文件），并在main.c 中調(diào)用即可

? 較高的代碼重用性：HAL 層所提供的SFR操作可供通用，而且該層幾乎不用修改就可直接用于新的CC2430項目中

? 較好的可維護性：項目代碼結(jié)構(gòu)清晰，HAL 與 FML 幾乎不需要修改，只需修改 APL 即可

五 結(jié)論

可能對于嵌入式編程高手來說，上述理論可能完全算不得什么，甚至還存在著很大的錯誤。不過在一個初學者從入門走向精通的途中，像這種發(fā)現(xiàn)問題 →投入思考 →提出方案的學習模式，我相信是值得而且很有必要的。就像很多人說的那樣：過程比結(jié)論更重要。