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嵌入式软件架构设计之分层设计

发布时间:2015-02-14 12:03

        在实际的项目开发中,项目往往是并行开发的,也就是说硬件设计,底层软件设计,应用软件设计是同步进行的。比如说在开发板上调试模块驱动,在其他平台上调试应用再移植到目前这个平台等。这里又涉及到如何提高嵌入式应用软件的可移植性的问题,这个问题在下一篇博文中专门讲解,敬请期待。要想开发的应用程序在不同的嵌入式平台上具有高效率的可移植性,像Android sdk一样,统一的接口规范是必须的。

        本文所要提到的嵌入式,其实更偏向于单片机。因为经典的linux+arm配置属于资源比较丰富,高配的嵌入式系统,其操作系统本身就很强大,软件设计也变得水到渠成。单片机更多时候是没有系统软件设计之说。一般的人会说,小项目才用单片机,实现功能简单,无需太多人参与,所以无需注重软件设计。其实是很幼稚的观点(刚毕业时我也是这样认为的)。因为目前mcu的处理速度,和实现功能已经可以满足很多项目的要求了。并且这些项目的软件也是越来越复杂。因此注重单片机类嵌入式软件设计是项目前期必须考虑的工作。
        下面具体讲解单片机软件开发的分层设计思路。本栗子所使用的是飞思卡尔K21 MCU,IAR编译器。本文主题是讲软件分层,也就是底层软件和应用软件分开。当然可以把底层软件生成一个静态库提供給应用。但是这样就会有一个问题,如果静态库改变了,得重新编译,然后提供給应用,应用程序也得重新编译一下,这显然是很麻烦的一种处理方式。于是我们可以用另外一种思路去实现:底层软件和应用软件是两个独立的bin文件,姑且叫libdev.bin和app.bin。非操作系统的嵌入式是没有动态库.so这样一说的,不过底层软件这个可执行文件姑且就认为是app的.so吧。这两个bin文件通过配置icf,映射到不同的flash空间以及分配不同的RAM空间。显然,这两个bin文件的关系是app.bin会调用libdev.bin的实现。但是他们是独立的bin文件,如何关联起来呢。这事就需要一个函数表告诉app.bin到哪里去调用libdev.bin里面的函数实现。要实现这个函数表,就需要有统一的函数接口才方便管理。这个函数表可用静态库.a实现(libdev.a)。libdev.a的功能就是要映射所有libdev的接口函数,使app调用某一接口函数时,可以跳转到libdev.bin里面执行。如何实现上述思路,下面用一个具体实例讲解:
1.函数表用结构体的方式实现,结构体元素为函数指针。
eg:
struct libdev_ops{
    int (*dev_PortOpen)(int PortNum, char *PortParm);
};
2.在libdev.bin里面,对结构体里面的函数指针赋值。
eg:
void libdev_ops_init(struct libdev_ops *ops){
    ops->dev_PortOpen = dev_PortOpen;//把函数地址赋给对应的函数指针
}
3.程序启动时,先进入libdev.bin,然后再跳转到app.bin。在此需要一个地址跳转函数。
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.重新封装所有函数,如下:
int dev_PortOpen(int PortNum, char *PortPara)
{
    return ops->dev_PortOpen(PortNum,PortPara);
}
5.实现libdev.bin需要跳转地址的函数
eg:
 
void common_startup(struct libdev_ops *libdev_ops)
{
    ......
    ops = libdev_ops;
    dev_printf = ops->printf;//printf为不定参函数,不能在步骤2中进行赋值,所以在静态库里进行初始化赋值。
    main();//跳到app的main中
}
在app.bin
6.app.bin程序的启动地址修改,修改 IAR配置
工程名字--options--linker--library--勾选override default program entry,在Entry symbol 后面输入common_startup。
7.因为有两个.bin程序。所以就需要配置icf文件,并且call_app(addr)这个addr为app.bin里面common_startup函数的地址。因此需要编译app.bin后在output文件里面的app.map里面查看common_startup的地址是多少(由于这个函数是程序最先执行的函数,所以其地址为icf配置的起始地址)。
8.然后你在应用里面包含了dev_PortOpen函数的头文件就可以正常调用这个函数了。
因为libdev.bin和app.bin是同时运行的(app.bin调用的libdev函数的实现在libdev.bin里面),因此必须把RAM和ROM分成两份,不得重叠。
先讲到这里,有不清楚的欢迎留言讨论。
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