C语言编程代码架构搭建——代码分层

你的名字 2022-06-07 03:49 339阅读 0赞

*  底层驱动
    
     *  初始化配置表
 *  硬件抽象层
    
     *  对GPIO抽象化
 *  中间交换层
    
     *  接收缓存区设置
     *  变量标志位
 *  系统任务调用层
    
     *  基本检测事件任务
     *  软件协议处理任务
     *  硬件控制处理任务
 *  DEBUG调试模式
    
     *  像Linux一样打印系统运行时间

编程代码前遵循结构设计，大体分为三部分，底层驱动，硬件抽象层，系统任务调用层，程序设计按照这部分来进行设计。

# 底层驱动 #

底层驱动是对应相应的MCU而制定的，与MCU的库函数，开发环境搭建有关，底层驱动是将项目所需要的功能进行一系列的初始化，并将基础的功能封装成一个个函数供顶层任务层调用。以STM32为例，底层驱动设计框架如下图所示。  
![这里写图片描述][SouthEast]

## 初始化配置表 ##

配置表的设置需要根据项目的需求而添加，例如系统初始化WiFi模块时需要配置IP地址，RTC时间初始化需要给定一个具体时间等，这些可以通过写一个初始化配置表，在初始化驱动的时候将里面的值传进驱动的代码中。例如

//网络配置表
    struct Network_status Dev_Network_status = {
        .u8gateway          = "192.168.1.1",
        .u8DevIP_addr       = "192.168.1.101",
        .u8Target_host_addr = "192.168.1.100",
        .u32port                = 9090,
        .u8net_mask         = "255.255.255.0",
    };
    
    //RTC时间配置表
    struct RTC_Timer Dev_RTC_Timer_config = {
         .u32Year           = 2016,
         .u32Month          = 7,    
         .u32Day            = 15,       
         .u32Hour           = 23,     
         .u32Minute         = 45,   
         .u32Second         = 30,   
         .u32DayOfWeek      = RTC_SATURDAY,
         .u32TimeScale      = RTC_CLOCK_24,        
    };

# 硬件抽象层 #

硬件抽象层将任务与底层驱动区分开来，将硬件驱动功能抽象化

## 对GPIO抽象化 ##

在底层，GPIO模块子程序中将GPIO管脚配置的函数赋值给probe结构体，然后调用硬件抽象层获取函数，使得硬件抽象层获得驱动信息。  
底层GPIO.c部分代码。

static void Dev_GPIO_Set_Value(const uint8_t Lock_number,const uint8_t value);
    
    static uint8_t Dev_GPIO_Detect_Value(const uint8_t Lock_number);
    
    void Dev_GPIO_probe(void *PGPIO_struct)
    {
            …………………………………………………..
            PGPIO_info->GPIO_Set_Value = Dev_GPIO_Set_Value;    //底层驱动接口
            PGPIO_info->GPIO_Detect_Value = Dev_GPIO_Detect_Value;
    
            Get_Dev_gpio_info(PGPIO_info);                      //硬件抽象层获取底层驱动资源配置
            ………………………………………………
    }

硬件抽象层将获取的资源封装在函数里面供系统任务调用

硬件抽象层System\_Hardware.c部分代码

static struct GPIO_data *PDirver_to_GPIO_data = NULL;
    
    void Get_Dev_gpio_info(void *PDev_gpio_info)            //获取底层驱动资源函数
    {
        PDirver_to_GPIO_data = (struct GPIO_data *)PDev_gpio_info;
    }
    
    void gpio_set_value(const uint8_t gpio,const uint8_t value)     //任务调用层调用函数
    
    {
        PDirver_to_GPIO_data->GPIO_Set_Value(gpio,value);
    }
    
    uint8_t gpio_get_value(const uint8_t gpio)
    {
        return PDirver_to_GPIO_data->GPIO_Detect_Value(gpio);
    }

# 中间交换层 #

仿照Linux的模块风格，在硬件抽象层设置变量，通过这些变量进行底层与任务之间的信息交换。 交换层不设置全局变量，对变量的访问只能通过硬件抽象层提供的API进行访问。

## 接收缓存区设置 ##

数据接收在交换层里面设置，处理数据信息只在驱动层处理，由相应的驱动设备处理接收到的信息，并将信息保存进缓存区的接收数据中，等待顶层任务调用来处理信息。

uint8_t             Receive_Uart[100]; 
        uint8_t             Receive_SPI[100];

## 变量标志位 ##

标志位记录着系统的运行状态，顶层任务都是通过这个标志位来进行判断处理。标志位的基本写法如下

struct Basic_info {
        uint8_t    Protocol_status; 
        uint8_t    SPI_ready;
        uint8_t    I2C_ready;    
    };

# 系统任务调用层 #

顶层的任务调度是系统运行起来的基本功能集合，来实现整个系统的功能，任务基本分为四个部分。顶层的任务调度采用FreeRTOS系统进行轮询的调度，没有涉及到优先级强占的问题。

## 基本检测事件任务 ##

该任务采用轮询的方式进行扫描，查询系统标志位的状态。任务的基本涉及如下

static void Basic_Detection_task(void)
    {
    portTickType xLastExecutionTime;
        LastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
    
            while(1)
            {
                Scanning_System_Status()
    
                vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime, 
                                (( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
            }
    }

## 软件协议处理任务 ##

任务在一开始就处于挂起状态，激活该任务由系统基本检测事件任务判断的标志位激活。

static void Software_processing_tasks(void *pvParameters)
    {
        portTickType xLastExecutionTime;
        xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
    
        while(1) 
        {
                vTaskSuspend( NULL );
    
                Protocol_decoding(&Dev_Config_Message);
            Keybad_control(&Dev_key_config);
    
                vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime, 
                                (( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
    
        }
    }

## 硬件控制处理任务 ##

该任务有唯一操作硬件的功能，访问和调用底层驱动API来具体实现硬件的功能，所有有关硬件的操作都包含在里面，该任务一开始也是出于挂起状态，由软件协议处理任务来激活调度，通过更新处理结果的标志位，让硬件控制任务来处理相应的命令

static void Hardware_control_tasks( void *pvParameters )
    {   
    
        portTickType xLastExecutionTime;
        xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
    
        while(1) 
        {
            vTaskSuspend( NULL );               
    
            Hardware_setup_function();              
    
            vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime, 
                            (( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
        }
    }

# DEBUG调试模式 #

在模块内适当的地方加载打印，但打印需要从新定义printf函数。在调试模式下，如果函数中有很多printf打印，编译出来的镜像会很大，但实际上调试完毕后就不需要输出这些打印。所以重新定义printf关键字以至于可以统一打开和关闭，关闭后会将代码中所有的printf删除，编译出来的镜像会小很多。节省空间重定义printf函数的实例为：

#if (DEBUG == 1)
    #define Dev_DBG(format...) printf(format)
    #else
    #define Dev_DBG (format...) do { } while (0)
    #endif

## 像Linux一样打印系统运行时间 ##

在嵌入式Linux内核运行起来后，每个打印的前面会有一个时间戳，可以方便地看各个任务以及模块运行的时间间隔，在嵌入式C语言中可以将printf修改，与定时器结合，为调试添加时间戳。

设定一个全局变量  
extern uint32 u32System\_time;

假设设定定时器中断时间为1ms，在定时器中断服务函数里面添加

u32System\_time++;

在相应的头文件里面添加宏定义

#define OPEN_DEV_DBG 1
    #if (OPEN_DEV_DBG == 1)
    #define DEV_DBG(format,...) printf("[ %d.%03d ] "format, \
                                      (u32System_time)/1000,(u32System_time)%1000, \
                                      ##__VA_ARGS__)
    #else
    #define DEV_DBG(format,...) do { } while (0)
    #endif

在多任务的地方添加如下打印：DEV\_DBG(“1000 ms is called once\\r\\n”);  
在多任务里面测试时间戳效果如下

[ 0.208 ] 200 ms is called once
    [ 0.408 ] 200 ms is called once
    [ 0.506 ] 500 ms is called once
    [ 0.608 ] 200 ms is called once
    [ 0.703 ] 700 ms is called once
    [ 0.808 ] 200 ms is called once
    [ 1.000 ] 1000 ms is called once
    [ 1.006 ] 500 ms is called once
    [ 1.009 ] 200 ms is called once
    [ 1.208 ] 200 ms is called once
    [ 1.403 ] 700 ms is called once
    [ 1.408 ] 200 ms is called once
    [ 1.506 ] 500 ms is called once
    [ 1.608 ] 200 ms is called once
    [ 1.808 ] 200 ms is called once
    [ 2.000 ] 1000 ms is called once
    [ 2.006 ] 500 ms is called once
    [ 2.009 ] 200 ms is called once
    [ 2.103 ] 700 ms is called once
    [ 2.208 ] 200 ms is called once

[SouthEast]: /images/20220607/41746b0dc4774d39890be24272b45c6b.png