嵌入式軟件架構設計之分層設計

在實際的項目開發(fā)中，項目往往是并行開發(fā)的，也就是說硬件設計，底層軟件設計，應用軟件設計是同步進行的。比如說在開發(fā)板上調試模塊驅動，在其他平臺上調試應用再移植到目前這個平臺等。這里又涉及到如何提高嵌入式應用軟件的可移植性的問題，這個問題在下一篇博文中專門講解，敬請期待。要想開發(fā)的應用程序在不同的嵌入式平臺上具有高效率的可移植性，像Android sdk一樣，統(tǒng)一的接口規(guī)范是必須的。

本文所要提到的嵌入式，其實更偏向于單片機。因為經(jīng)典的linux+arm配置屬于資源比較豐富，高配的嵌入式系統(tǒng)，其操作系統(tǒng)本身就很強大，軟件設計也變得水到渠成。單片機更多時候是沒有系統(tǒng)軟件設計之說。一般的人會說，小項目才用單片機，實現(xiàn)功能簡單，無需太多人參與，所以無需注重軟件設計。其實是很幼稚的觀點（剛畢業(yè)時我也是這樣認為的）。因為目前mcu的處理速度，和實現(xiàn)功能已經(jīng)可以滿足很多項目的要求了。并且這些項目的軟件也是越來越復雜。因此注重單片機類嵌入式軟件設計是項目前期必須考慮的工作。

下面具體講解單片機軟件開發(fā)的分層設計思路。本栗子所使用的是飛思卡爾K21 MCU,IAR編譯器。本文主題是講軟件分層，也就是底層軟件和應用軟件分開。當然可以把底層軟件生成一個靜態(tài)庫提供給應用。但是這樣就會有一個問題，如果靜態(tài)庫改變了，得重新編譯，然后提供給應用，應用程序也得重新編譯一下，這顯然是很麻煩的一種處理方式。于是我們可以用另外一種思路去實現(xiàn)：底層軟件和應用軟件是兩個獨立的bin文件，姑且叫l(wèi)ibdev.bin和app.bin。非操作系統(tǒng)的嵌入式是沒有動態(tài)庫.so這樣一說的，不過底層軟件這個可執(zhí)行文件姑且就認為是app的.so吧。這兩個bin文件通過配置icf，映射到不同的flash空間以及分配不同的RAM空間。顯然，這兩個bin文件的關系是app.bin會調用libdev.bin的實現(xiàn)。但是他們是獨立的bin文件，如何關聯(lián)起來呢。這事就需要一個函數(shù)表告訴app.bin到哪里去調用libdev.bin里面的函數(shù)實現(xiàn)。要實現(xiàn)這個函數(shù)表，就需要有統(tǒng)一的函數(shù)接口才方便管理。這個函數(shù)表可用靜態(tài)庫.a實現(xiàn)（libdev.a）。libdev.a的功能就是要映射所有l(wèi)ibdev的接口函數(shù)，使app調用某一接口函數(shù)時，可以跳轉到libdev.bin里面執(zhí)行。如何實現(xiàn)上述思路，下面用一個具體實例講解：

1.函數(shù)表用結構體的方式實現(xiàn)，結構體元素為函數(shù)指針。

eg:

struct?libdev_ops{
????int?(*dev_PortOpen)(int?PortNum,?char?*PortParm);
};

2.在libdev.bin里面，對結構體里面的函數(shù)指針賦值。

eg:

void?libdev_ops_init(struct?libdev_ops?*ops){
????ops->dev_PortOpen?=?dev_PortOpen;//把函數(shù)地址賦給對應的函數(shù)指針
}

3.程序啟動時，先進入libdev.bin，然后再跳轉到app.bin。在此需要一個地址跳轉函數(shù)。

eg:

struct?libdev_ops?ops;
void?call_app(int?addr)
{
????int?(*startup)(struct?libdev_ops?*ops);
????startup?=?(int(*)(struct?libdev_ops?*))(addr);
????libdev_ops_init(&ops);
????startup(&ops);
}

在libdev.a里面

4.重新封裝所有函數(shù)，如下：

int?dev_PortOpen(int?PortNum,?char?*PortPara)
{
????return?ops->dev_PortOpen(PortNum,PortPara);
}

5.實現(xiàn)libdev.bin需要跳轉地址的函數(shù)

eg:

void?common_startup(struct?libdev_ops?*libdev_ops)
{
????......
????ops?=?libdev_ops;
????//printf為不定參函數(shù)，不能在步驟2中進行賦值，所以在靜態(tài)庫里進行初始化賦值。
????dev_printf?=?ops->printf;
????main();//跳到app的main中
}

在app.bin

6.app.bin程序的啟動地址修改，修改 IAR配置

工程名字－－options－－linker－－library－－勾選override default program entry,在Entry symbol 后面輸入common_startup。

7.因為有兩個.bin程序。所以就需要配置icf文件，并且call_app(addr)這個addr為app.bin里面common_startup函數(shù)的地址。因此需要編譯app.bin后在output文件里面的app.map里面查看common_startup的地址是多少（由于這個函數(shù)是程序最先執(zhí)行的函數(shù)，所以其地址為icf配置的起始地址）。

8.然后你在應用里面包含了dev_PortOpen函數(shù)的頭文件就可以正常調用這個函數(shù)了。

因為libdev.bin和app.bin是同時運行的（app.bin調用的libdev函數(shù)的實現(xiàn)在libdev.bin里面），因此必須把RAM和ROM分成兩份，不得重疊。