嵌入式軟件架構設計之分層設計

       在實際的項目開發中,項目往往是並行開發的,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。這裏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,統一的接口規範是必須的。

        本文所要提到的嵌入式,其實更偏向於單片機。因爲經典的linux+arm配置屬於資源比較豐富,高配的嵌入式系統,其操作系統本身就很強大,軟件設計也變得水到渠成。單片機更多時候是沒有系統軟件設計之說。一般的人會說,小項目才用單片機,實現功能簡單,無需太多人蔘與,所以無需注重軟件設計。其實是很幼稚的觀點(剛畢業時我也是這樣認爲的)。因爲目前mcu的處理速度,和實現功能已經可以滿足很多項目的要求了。並且這些項目的軟件也是越來越複雜。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庫提供給應用。但是這樣就會有一個問題,如果靜態庫改變了,得重新編譯,然後提供給應用,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。於是我們可以用另外一種思路去實現:底層軟件和應用軟件是兩個獨立的bin文件,姑且叫libdev.bin和app.bin。非操作系統的嵌入式是沒有動態庫.so這樣一說的,不過底層軟件這個可執行文件姑且就認爲是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文件的關係是app.bin會調用libdev.bin的實現。但是他們是獨立的bin文件,如何關聯起來呢。這事就需要一個函數表告訴app.bin到哪裏去調用libdev.bin裏面的函數實現。要實現這個函數表,就需要有統一的函數接口才方便管理。這個函數表可用靜態庫.a實現(libdev.a)。libdev.a的功能就是要映射所有libdev的接口函數,使app調用某一接口函數時,可以跳轉到libdev.bin裏面執行。如何實現上述思路,下面用一個具體實例講解:

1.函數表用結構體的方式實現,結構體元素爲函數指針。

eg:

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

2.在libdev.bin裏面,對結構體裏面的函數指針賦值。

eg:

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

3.程序啓動時,先進入libdev.bin,然後再跳轉到app.bin。在此需要一個地址跳轉函數。

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裏面

4.重新封裝所有函數,如下:

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

5.實現libdev.bin需要跳轉地址的函數

eg:

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

在app.bin

6.app.bin程序的啓動地址修改,修改 IAR配置

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

7.因爲有兩個.bin程序。所以就需要配置icf文件,並且call_app(addr)這個addr爲app.bin裏面common_startup函數的地址。因此需要編譯app.bin後在output文件裏面的app.map裏面查看common_startup的地址是多少(由於這個函數是程序最先執行的函數,所以其地址爲icf配置的起始地址)。

8.然後你在應用裏面包含了dev_PortOpen函數的頭文件就可以正常調用這個函數了。

因爲libdev.bin和app.bin是同時運行的(app.bin調用的libdev函數的實現在libdev.bin裏面),因此必須把RAM和ROM分成兩份,不得重疊。

先講到這裏,有不清楚的歡迎留言討論。

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