嵌入式軟件架構(gòu)設計-消息交互
前言
在熟悉任務調(diào)度、程序分層和模塊化編程關于軟件架構(gòu)、分層和模塊設計后，除了函數(shù)調(diào)用設計中出現(xiàn)的情況外，還會遇到同層模塊之前如何進行消息交互，通常是應用層之間。
比如一個設備通過架構(gòu)設計包含人機交互應用層模塊（一般會調(diào)用按鍵和顯示屏等功能驅(qū)動模塊）和通信應用層模塊（一般調(diào)用串口、CAN和網(wǎng)絡ESP8266等功能驅(qū)動模塊），兩個同層之間的模塊如果需要互傳數(shù)據(jù)，一般都是調(diào)用各自頭文件提供的接口（模塊對外提供的接口盡量不要使用全局變量，防止其他模塊擅自修改），這樣就造成了耦合。
設計思路
上述情況，也可以采用回調(diào)函數(shù)的實現(xiàn)方式進行模塊解耦，但是需要引入新的內(nèi)容，即公共模塊Commoon層（包含第三方功能庫）。
公共模塊主要有各模塊都需要使用的類型定義、結(jié)構(gòu)體定義、通用函數(shù)或常用宏定義等（通常屬于基礎類的功能，不會受功能需求和不同平臺的影響）。
基于公共模塊，為了解決各模塊之前的數(shù)據(jù)交互，可以通過公共模塊實現(xiàn)基礎類的功能達到各應用層模塊解耦的目的。
參考消息隊列的方式，可以實現(xiàn)一個生產(chǎn)者/消費者的功能模塊（這種可以稱作觀察者模式，即存在觀察者和被觀察者），即某一模塊更新數(shù)據(jù)后，其他模塊可以第一時間得到通知更新（采用回調(diào)函數(shù)的方式實現(xiàn)）
看圖：
Callback是一個指針數(shù)組變量，每個數(shù)組成員都是函數(shù)指針類型的變量，通過函數(shù)Notify_Attach拿到了應用層代碼函數(shù)OnSaveParam(...)和OnUpdateParam(...)的函數(shù)地址，之后人機交互模塊調(diào)用了Notify_EventNotify，從而調(diào)用Callback，調(diào)用方式和直接調(diào)用OnFunction(...)存在些許差異，因為是數(shù)組，所有需要[]取函數(shù)地址，為了保證系統(tǒng)運行安全，調(diào)用前要確保Callback[i]不為NULL，否則會引起程序異常。
從上述看，也許有人感覺這樣處理反而復雜了，直接調(diào)用不香嗎？（上述人機交互模塊屬于被觀察者，參數(shù)和其他模塊屬于觀察者）
有以下幾個好處：
避免各模塊相互調(diào)用，可完成解耦
即使 觀察者 模塊其中一個被移除，也不用修改 被觀察者 或者 其他觀察者 代碼，保證系統(tǒng)穩(wěn)定
新增一個 觀察者 模塊，也不需要修改 被觀察者 代碼，保證系統(tǒng)穩(wěn)定
當然這種方式也有缺點：
如果回調(diào)函數(shù)過多，或者某一個 觀察者 的回調(diào)函數(shù)執(zhí)行時間很長，肯定會影響到其他觀察者 模塊的通知時間，甚至影響 被觀察者 模塊的正常運行
如果 觀察者 和 被觀察者 之間有循環(huán)依賴，就會導致他們循環(huán)調(diào)用，導致系統(tǒng)死機
避免方式：
回調(diào)函數(shù)中一定要保證執(zhí)行的時間短，不能有執(zhí)行時間長的功能，甚至延時（一般回調(diào)中處理數(shù)據(jù)更新等執(zhí)行時間短的即可，數(shù)據(jù)更新后的需要花時間處理的可以在主循環(huán)執(zhí)行）
觀察者回調(diào)函數(shù)中盡量避免執(zhí)行其他觀察者的回調(diào)函數(shù)，防止循環(huán)調(diào)用
示例代碼
下面簡單實現(xiàn)人機交互模塊在某種情況下需要保存參數(shù)，具體如何保存參數(shù)由參數(shù)模塊實現(xiàn)，人機交互模塊通過事件通知模塊告知參數(shù)模塊需要保存數(shù)據(jù)。
初步來看，可能中間多了一個，嫌實現(xiàn)麻煩，不如直接調(diào)用；但是從后期功能擴展和解耦來看，這是很有必要的。
事件通知模塊
頭文件定義
#ifndef _NOTIFY_H_ #define _NOTIFY_H_ #include/** * @brief 應用模塊ID枚舉定義 * */ typedef enum { NOTIFY_ID_HMI = 0, // 人機交互模塊 NOTIFY_ID_SYS_PARAM, // 參數(shù)管理模塊 NOTIFY_ID_TOTAL } NotifyId_e; /** * @brief 事件類型枚舉定義 * */ typedef enum { NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE, // 參數(shù)更新事件, 對應結(jié)構(gòu)體 PrramUpdateInfo_t NOTIFY_EVENT_TOTAL } NotifyEvent_e; typedef struct { uint16_t addr; uint32_t param; }PrramUpdateInfo_t; typedef int (*EventNotifyCB)(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length); extern void Notify_Init(void); extern int Notify_Attach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, EventNotifyCB pfnCallback); extern int Notify_Detach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent); extern int Notify_EventNotify(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length); #endif /* _NOTIFY_H_ */
源文件實現(xiàn)
#include "notify.h" #includestatic EventNotifyCB sg_pfnCallback[NOTIFY_ID_TOTAL][NOTIFY_EVENT_TOTAL]; /** * @brief 事件初始化 * */ void Notify_Init(void) { memset(sg_pfnCallback, 0, sizeof(sg_pfnCallback)); } /** * @brief 添加事件監(jiān)聽通知 * * @param[in] id 應用模塊ID * @param[in] eEvent 事件 * @param[in] pfnCallback 回調(diào)函數(shù) * @return 0,成功; -1,失敗 */ int Notify_Attach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, EventNotifyCB pfnCallback) { if (id >= 0 && id < NOTIFY_ID_TOTAL && eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL) { sg_pfnCallback[id][eEvent] = pfnCallback; return 0; } return -1; } /** * @brief 刪除事件監(jiān)聽通知 * * @param[in] id 應用模塊ID * @param[in] eEvent 事件 * @return 0,成功; -1,失敗 */ int Notify_Detach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent) { if (id >= 0 && id < NOTIFY_ID_TOTAL && eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL) { sg_pfnCallback[id][eEvent] = 0; return 0; } return -1; } /** * @brief 事件通知 * * @param[in] id 應用模塊ID * @param[in] eEvent 事件類型 * @param[in] pData 消息內(nèi)容 * @param[in] length 消息長度 * @return 0,成功; -1,失敗 */ int Notify_EventNotify(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length) { int i; if (eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL) { for (i = 0; i < NOTIFY_ID_TOTAL; i++) { if (sg_pfnCallback[i][eEvent] != 0) { sg_pfnCallback[i][eEvent](id, eEvent, pData, length); } } return 0; } return -1; }
參數(shù)應用層模塊
示例通信，作為觀察者監(jiān)聽參數(shù)保存的消息。
#include "notify.h" static int Param_OnNotifyProc(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length); void Param_Init(void) { Notify_Attach(NOTIFY_ID_SYS_PARAM, NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE, Param_OnNotifyProc); } // 事件回調(diào)處理 int Param_OnNotifyProc(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length) { switch (eEvent) { case NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE: { PrramUpdateInfo_t *pInfo = (PrramUpdateInfo_t *)pData; SaveParam(pInfo->addr, pInfo->param);// 保存參數(shù) } break; default: break; } return 0; }
人機交互應用層模塊
示例通信，作為被觀察者通知/發(fā)送參數(shù)保存的消息。
#include "notify.h" void Hmi_Init(void) { } // 需要保存參數(shù) int Hmi_SaveProc(void) { ParamUpdateInfo_t info; info.addr = 5; info.param = 20; Notify_EventNotify(NOTIFY_ID_HMI, NOTIFY_EVENT_HMI_UPDATE, &info, sizeof(ParamUpdateInfo_t)); }
下載文檔
