資深工程師教您巧做單片機(jī)項(xiàng)目的思路方法

我們平時(shí)在學(xué)習(xí)開發(fā)板、示例程序或者demo的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)這種程序設(shè)計(jì)都是單一的外設(shè)或者功能，功能實(shí)現(xiàn)就算演示成功。但是在實(shí)際的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，往往需要設(shè)計(jì)的程序是非常龐大且復(fù)雜的，項(xiàng)目的功能和項(xiàng)目需求可能會(huì)超級(jí)多。此時(shí)在程序設(shè)計(jì)中，既要使MCU同時(shí)兼顧各個(gè)外設(shè)而不發(fā)生沖突，又要合理的設(shè)計(jì)程序構(gòu)架，使所有的需求都能邏輯清晰的實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

所以程序設(shè)計(jì)一定要有思路。當(dāng)我們拿到一份項(xiàng)目需求的時(shí)候，不能一上來就敲代碼，最后隨跳躍的思維寫出來的程序邏輯把自己都繞暈了還沒能實(shí)現(xiàn)所有功能。就像蓋高樓前一定要有圖紙一樣，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)前也要有程序構(gòu)架。

程序框架與底層無關(guān)，它重在整體需求的實(shí)現(xiàn)與邏輯關(guān)系。例如我們把一個(gè)具體的項(xiàng)目需求細(xì)化為10個(gè)具體的任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都完成一些特定的功能。先忽略每個(gè)任務(wù)里的內(nèi)容，這10個(gè)任務(wù)和它們之間的切換邏輯就組成了此項(xiàng)目的程序構(gòu)架。

有了程序設(shè)計(jì)構(gòu)架，接下來就是實(shí)現(xiàn)每一個(gè)任務(wù)具體的功能，不同的部分分模塊編寫，例如外設(shè)單獨(dú)寫一個(gè)文件，傳感器驅(qū)動(dòng)單獨(dú)列一個(gè)文件，所有文件之間相互獨(dú)立，這樣不僅思路清晰，且在排查問題的時(shí)候，能直接屏蔽某一個(gè)文件，更快速的定位問題所在。

首先把需求拆分，分為一個(gè)個(gè)任務(wù)，每一個(gè)任務(wù)去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的部分功能，設(shè)計(jì)好任務(wù)之間的切換條件。此時(shí)暫且不考慮底層，只是列出所有任務(wù)和任務(wù)之間的邏輯切換關(guān)系，這樣就有了程序構(gòu)架，然后再規(guī)劃每個(gè)任務(wù)里面里面需要多少具體功能，列出來一個(gè)表，或者寫成空函數(shù)先放著。列完每個(gè)任務(wù)的具體功能之后，我們?cè)倩仡^看需求書，是否所有功能都實(shí)現(xiàn)，且它們之間的切換關(guān)系邏輯都很清晰。

第一步完成之后，整體的系統(tǒng)構(gòu)架和邏輯關(guān)系就一清二楚了，接下來我們按照第一步中列的每個(gè)任務(wù)的功能表，去完成具體功能實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，還不急著敲代碼，繼續(xù)規(guī)劃。我們知道，對(duì)于MCU來講，通常所有的功能最終是要通過調(diào)用底層實(shí)現(xiàn)。所以接下來我們要規(guī)劃需要多少底層的資源，根據(jù)第一條中任務(wù)具體的功能列表，我們列一個(gè)底層驅(qū)動(dòng)表。例如功能需要使用UART，SPI等這些外設(shè)資源，所有外設(shè)資源列成一個(gè)外設(shè)表，表中是所有需要使用的外設(shè)資源。如果還需要其他驅(qū)動(dòng)，例如傳感器、LCD、FLASH等，所有器件列一個(gè)器件驅(qū)動(dòng)表。

有了第一步和第二步從上向下的規(guī)劃，此時(shí)我們應(yīng)該已經(jīng)很清楚這個(gè)項(xiàng)目需求書如何變成代碼實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，開始編寫程序，從下向上，逐層編寫。

首先要根據(jù)外設(shè)表編寫每個(gè)外設(shè)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，每個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)單獨(dú)列一個(gè)文件，編寫好之后驗(yàn)證功能是否正常，這個(gè)步驟跟本文開頭提到的開發(fā)板示例程序類似，很基礎(chǔ)。如果同一個(gè)外設(shè)，需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾路輸出或輸入，例如需要三個(gè)不同的IIC輸出，那就同時(shí)啟動(dòng)三路IIC驗(yàn)證功能是否都正常，每一路之間會(huì)不會(huì)有干擾。

每編寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)，一定要對(duì)驅(qū)動(dòng)中的每一個(gè)函數(shù)進(jìn)行功能驗(yàn)證。只有底層沒問題，才能往上封裝。

因?yàn)槠骷尿?qū)動(dòng)很多都是以外設(shè)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的，所以寫完外設(shè)驅(qū)動(dòng)之后，利用外設(shè)驅(qū)動(dòng)的函數(shù)，去實(shí)現(xiàn)器件的驅(qū)動(dòng)，例如FLASH，可能是SPI通信的，那么我們首先要寫好SPI驅(qū)動(dòng)文件，然后調(diào)用SPI驅(qū)動(dòng)文件，編寫FLASH驅(qū)動(dòng)文件，完成具體的功能函數(shù)，例如FLASH的擦除，讀寫等。

同樣，每一個(gè)編寫的器件驅(qū)動(dòng)都要對(duì)每一個(gè)函數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

可能在項(xiàng)目中，還涉及到一些無關(guān)底層的東西，例如一些加密算法，復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法，各類通信協(xié)議等?？梢园衙恳活惙譃橐粋€(gè)模塊，編寫或者移植完之后一定要驗(yàn)證每一個(gè)函數(shù)的功能。

驅(qū)動(dòng)文件都準(zhǔn)備好了之后，就利用驅(qū)動(dòng)文件，加上必要的數(shù)據(jù)處理，去完成任務(wù)里的每一個(gè)具體的功能函數(shù)。

同樣，每一個(gè)編寫的功能函數(shù)都要進(jìn)行測(cè)試。保證功能正常實(shí)現(xiàn)。

完成步驟6之后，要對(duì)每一個(gè)任務(wù)進(jìn)行測(cè)試，看是否能實(shí)現(xiàn)規(guī)劃中要求的功能。

完成步驟7之后，項(xiàng)目基本完工，因?yàn)槊恳粚佣际墙?jīng)過測(cè)試的，所以整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)有太大問題，但是也可能存在一些例如邏輯或者資源沖突的錯(cuò)誤。此時(shí)按照需求書要求的功能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，查找可能存在的問題，進(jìn)一步完善程序。

在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，還有一些其他的注意事項(xiàng)，例如：

● 如果開了很多中斷，一定要對(duì)每個(gè)中斷設(shè)置優(yōu)先級(jí)。明確哪個(gè)優(yōu)先級(jí)應(yīng)該優(yōu)先處理。

● 相同優(yōu)先級(jí)下的兩個(gè)中斷，禁止在第一個(gè)中斷中觸發(fā)第二中斷，程序會(huì)卡死。

● 少用全局變量，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必要的變量和狀態(tài)可以都放在結(jié)構(gòu)體中。然后只定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量。

● 當(dāng)結(jié)構(gòu)體的成員為不同數(shù)據(jù)類型時(shí)，成員排序就顯得很重要，優(yōu)化排序會(huì)節(jié)約很多內(nèi)存。

● 結(jié)構(gòu)體做形參的時(shí)候，為減少?？臻g的開支，最好設(shè)置結(jié)構(gòu)體指針類型的形參。

● 不可以返回指向?？臻g的指針。

● 如果通信接收或者發(fā)送沒有硬件FIFO，可以編寫軟件FIFO，避免丟包。

● 所有變量要初始化具體數(shù)值，尤其是局部變量。

● 定義指針類型變量一定要初始化。

● 只在本文件里使用的函數(shù)或者全局變量，一定要加static。

● 頭文件中只能聲明，不可以定義。

● 一定要添加合適的注釋，大部分時(shí)候代碼不知自己看。

● 使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)或者處理數(shù)據(jù)，例如結(jié)構(gòu)體、枚舉、鏈表、隊(duì)列等。

看完這些步驟，是不是覺得復(fù)雜項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)原來也挺簡單的，那就愉快的開始程序設(shè)計(jì)之路吧。