舉例說明嵌入式軟件如何做分層框架設計

前言

為了能夠使得產(chǎn)品得到更好的開發(fā)速度與以后更好的迭代和移植，框架分層是很有必要的。但如對于中小型項目嚴格遵循這些原則，勢必會消耗過多精力去思考怎么設計系統(tǒng)，這是一個抉擇的過程。

一、框架分層是什么？

在嵌入式架構中：一般分為硬件架構與軟件架構。這里是嵌入式軟件設計，也是大多數(shù)人接觸的設計。

所謂的分層，也可以理解為模塊化的設計，但是框架分層的設計一般會遵循以下幾點原則

每個模塊提供的接口要統(tǒng)一，只能增加，不能改。在設計的時候得考慮好兼容性，使用起來麻煩不麻煩等等。

同一級模塊與模塊之間相互獨立，互不影響，不能相互調用，只能調用它下一層的接口。

不同模塊構成不同的層，層與層之間不能跨級調用。

模塊中又可以繼續(xù)分層，可以增減分層，這個需要根據(jù)自己的項目需求來進行設置。

一般可以分為：硬件驅動層–>功能模塊層–>應用接口層–>業(yè)務邏輯層–>應用層

讓我們看看這個經(jīng)典的圖，簡單了解一下框架分層。

從圖中不難觀察出，設計都是遵循設計的原則的，層與層之間不能相互調用。

二、框架分層的優(yōu)劣勢

1.優(yōu)勢

單一職責：每一層只負責一個職責，職責邊界清晰，不會造成跨級調用，在大型項目中，每個人負責的部分不一樣，加快整個項目的開發(fā)進度。

高內聚：分層是把相同的職責放在同一個層中，所有業(yè)務邏輯內聚在領域層。在測試的時候，只需要測試該領域的層即可，一般不需要考慮其他層的問題。

低耦合：依賴關系非常簡單，上層只能依賴于下層，沒有循環(huán)依賴。

易維護：面對變更容易修改。在平臺更改后，如果只是改了驅動，其他層都不需要動，只需要把驅動層給更改，其他層的功能不需要更改。

易復用：如果功能模塊變動了，只需升級相應的功能模塊，其他的模塊不受影響，應用層也不受影響。

如果想要更好地利用這些優(yōu)勢，那得嚴格遵循設計的原則。

2.劣勢

開發(fā)成本高：因為多層分別承擔各自的職責，增加功能需要在多個層增加代碼，這樣難免會增加開發(fā)成本。但是合理的抽象，根據(jù)自己的項目設置合理的層級是能降低開發(fā)成本的。

性能略低：業(yè)務流需要經(jīng)過多層代碼的處理，性能會有所消耗。

可擴展性低：因為上下層之間存在耦合度，有些功能變化可能涉及到多層的修改。

有優(yōu)勢也有劣勢，需要根據(jù)自己的項目需要，進行部分的取舍，如果是中小型項目，可以不需要分層（如果不考慮到以后會迭代的話），或者部分分層就夠了，既能利用框架分層的部分優(yōu)勢，也能降低開發(fā)成本。

三、一個簡單的例子

由于主要討論的是軟件框架的分層設計，這里使用STM32cubemx來進行硬件的初始化，盡可能少考慮到硬件驅動的部分。

以一個智能小燈的作為例子：

功能

按鍵控制小燈的亮度，等級為：0，1，2，3

串口可以觀察當前小燈亮度等級

OLED也可以觀察當前小燈亮度等級

下面就是這個例子的一個簡單的圖示。

這和例子比較簡單，業(yè)務邏輯層完全可以去除，直接從應用層調用功能模塊層，加快開發(fā)進度。

最后附上一點點代碼，就是關于LED如何進行在不同層進行封裝

硬件層

首先看HAL庫生成提供的代碼，這個就是LED硬件層，也就是GPIO層,cubemx已經(jīng)生成了，在stm32f4xx_hal_gpio.c（我用的是F4），以及有相應的GPIO的驅動了，這里不需要我們進行處理。

硬件層驅動層

看LED部分的驅動，也就是下面的這兩個函數(shù)

voidMX_TIM1_Init(void);
voidHAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef*timHandle);
12
/*TIM1initfunction*/
voidMX_TIM1_Init(void)
{

/*USERCODEBEGINTIM1_Init0*/

/*USERCODEENDTIM1_Init0*/

TIM_ClockConfigTypeDefsClockSourceConfig={0};
TIM_MasterConfigTypeDefsMasterConfig={0};
TIM_OC_InitTypeDefsConfigOC={0};
TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDefsBreakDeadTimeConfig={0};

/*USERCODEBEGINTIM1_Init1*/

/*USERCODEENDTIM1_Init1*/
htim1.Instance=TIM1;
htim1.Init.Prescaler=168-1;
htim1.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;
htim1.Init.Period=10000;
htim1.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim1.Init.RepetitionCounter=0;
htim1.Init.AutoReloadPreload=TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
if(HAL_TIM_Base_Init(&htim1)!=HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sClockSourceConfig.ClockSource=TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
if(HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1,&sClockSourceConfig)!=HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
if(HAL_TIM_PWM_Init(&htim1)!=HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger=TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode=TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if(HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1,&sMasterConfig)!=HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sConfigOC.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1;
sConfigOC.Pulse=0;
sConfigOC.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCNPolarity=TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
sConfigOC.OCFastMode=TIM_OCFAST_DISABLE;
sConfigOC.OCIdleState=TIM_OCIDLESTATE_RESET;
sConfigOC.OCNIdleState=TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
if(HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1,&sConfigOC,TIM_CHANNEL_2)!=HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode=TIM_OSSR_DISABLE;
sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode=TIM_OSSI_DISABLE;
sBreakDeadTimeConfig.LockLevel=TIM_LOCKLEVEL_OFF;
sBreakDeadTimeConfig.DeadTime=0;
sBreakDeadTimeConfig.BreakState=TIM_BREAK_DISABLE;
sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity=TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput=TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;
if(HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1,&sBreakDeadTimeConfig)!=HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/*USERCODEBEGINTIM1_Init2*/

/*USERCODEENDTIM1_Init2*/
HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);

}

voidHAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef*timHandle)
{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct={0};
if(timHandle->Instance==TIM1)
{
/*USERCODEBEGINTIM1_MspPostInit0*/

/*USERCODEENDTIM1_MspPostInit0*/

__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
/**TIM1GPIOConfiguration
PE11------>TIM1_CH2
*/
GPIO_InitStruct.Pin=GPIO_PIN_11;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
GPIO_InitStruct.Alternate=GPIO_AF1_TIM1;
HAL_GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStruct);

/*USERCODEBEGINTIM1_MspPostInit1*/

/*USERCODEENDTIM1_MspPostInit1*/
}

}
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889909192939495969798

對其進行封裝，就是我們想要的Led小燈的驅動了，到時候如果需要，改驅動直接改底層就行了。

voidLed_init()
{
MX_TIM1_Init();
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//啟動PWM
}
12345

功能模塊層

根據(jù)上面的需求要求劃分為四個不同等級，同時也需要對LED驅動進行進一步封裝，以便滿足層與層之間不能跨級調用的原則（到這里是不是發(fā)現(xiàn)很麻煩！小項目就不要用啦?。?/p>

//ARR計數(shù)器設置值為0~10000
#defineLED_GRADE_00
#defineLED_GRADE_13000
#defineLED_GRADE_26000
#defineLED_GRADE_310000
//設置LED亮度功能
voidLed_Set_brightness(intGrade)
{
if(Grade==LED_GRADE_0)
{
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_2,Grade);
HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//關閉PWM輸出
}
else
{
HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2,Grade);
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_2,Grade);
}
}

//啟動LED功能
voidLed_Start()
{
Led_init();
}
12345678910111213141516171819202122232425

業(yè)務邏輯層

這里僅僅以啟動層為例：

voidStart_app()
{
Led_Start();
}
1234

應用層

基本流程是：啟動業(yè)務邏輯->讀取業(yè)務邏輯->處理業(yè)務邏輯->顯示業(yè)務邏輯。

四、總結

到這里,一個簡單的例子也解釋完畢了，通過LED這個簡單的例子，已經(jīng)大概了解到這個設計的復雜了，如果是大型項目，運用起來會很爽，小型的話完全沒必要這樣分層，太麻煩了，嚴重減慢開發(fā)效率，時間都用在思考如何進行分層才能符合框架分層的原則。

審核編輯：湯梓紅