利用分層思想進行嵌入式項目設計，你試過嗎？

在一個初學者從入門走向精通的途中，像這種 發現問題 → 投入思考 → 提出方案 的學習模式是非常有效。

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遇到的問題　

通過這一段時間的編碼實踐，積累了一些編碼經驗，但也體會到了之前的代碼結構的缺陷：　

（1）開發效率低：每次使用片內的某一資源（例如定時器等），筆者都要去查詢技術手冊，比較eggache~

　　

（2）代碼重複較多：每個實驗源碼中，諸如 xtal_init ，led_init 等初始化函數每次都要編寫

　　

（3）不易修改：代碼中的商務邏輯與SFR的操作混在一起，可讀性較差，修改起來也費力

2

 由網站分層引起的思考

筆者在學習嵌入式編程之前，曾有過 ASP.NET 網站開發經驗，對其分層理論也有所實踐，下面簡單提一下：

　　

一般的有一定複雜度的網站可分為以下三層：

（1）資料接入層（DAL）：負責與資料庫的互動，供商務邏輯層調用

　　

（2）商務邏輯層（BLL）：調用資料接入層以擷取資料，並為具體的業務需求提供支援

　　

（3）使用者介面層（UIL）：負責呈現最終的使用者介面

　　

相信很多朋友都對此非常熟悉，在此不再贅述。總之，分層以後，大大提高了代碼的複用性與擴充性。

那麼在嵌入式開發中，能否也利用分層的思想，來提高開發效率，增強其可維護性與可擴充性呢。下面，是一些筆者思考後的淺見。

 

3

嵌入式項目也來個分層

當然不能照搬ASP.NET 的具體分層思想，具體問題得具體分析嘛~

　　

首先，嵌入式開發的核心就是晶片，它提供固定的片內資源共開發人員使用。而且它具有一個很重要的特點就是，不隨項目的需求變動而變動。所以應將其作為最底層，為上層提供基礎支援。我們將其命名為 硬體抽象層（Hardware Abstract Layer）。　　

　　

晶片有了當然還不夠，通常我們會在片外擴充一些功能模組來滿足具體的項目需求，例如：感應器、鍵盤、LCD屏等。這一層的特點是，隨項目的變動而以模組為單位動態增減。這一層的運作需要晶片內部資源的支援，所以應處於硬體抽象層之上，並為上層調用。我們將其命名為 功能模組層（Functional Module Layer）。

　　

OK，現在原材料都準備齊了：晶片+擴充模組，接下來就要開始真正的加工了：我們需要靈活調用之前兩層所提供的介面，實現具體的項目需求。我們將其命名為 應用程式層（Application Layer）。

　　

圖文：

 

1.硬體抽象層（HAL）　　

實現對片內資源 (如定時器、ADC、中斷、I/O等) 的通用配置，隱藏具體的SFR操作細節，為上層提供簡單清晰的調用介面。

2.功能模組層（FML）

通過調用 HAL，實現項目中所涉及到的各片外功能模組，隱藏具體的模組操作細節，並為上層提供簡單清晰的調用介面。

3.應用程式層（APL）

通過調用 HAL 與 FML，實現最終的應用功能。

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 小試牛刀　

OK，我們舉一個具體的例子，來說明分層思想的運用。

　　

之前，筆者需要完成一個略帶綜合性的小實驗“溫度監測系統”，需求分析大概如下：

• CC2430節點實現對溫度的定時採集，並可通過LED燈指示其採樣頻率

• 節點將資料傳送至PC端

• 節點可以接收來自PC的控制指令，以調整採樣速率和電源模式

• 具備停機自動複位能力

• 可進入睡眠狀態，並可由按鍵喚醒

從上面的需求中我們可以看出，本實驗的核心晶片為CC2430，需要的片外擴充模組為LED燈與按鍵，預期要達到具體項目需求即以上5點。　　

　　

接下來，我們利用上面提到的分層理論小試牛刀，對“溫度監測系統”這一實驗的代碼結構進行規劃：

應用程式層（APL）

[main.c] 引用 hal.h、ioCC2430.h 與 module.h，實現溫度採集、與PC互連信、停機複位等具體的應用需求

功能模組層（FML）

[module.h] 定義了一系列片外功能模組（LED、按鍵），以及一系列的相關函數的聲明

[module.c] 引用 hal.h，實現各片外模組（LED、按鍵）的功能

硬體抽象層（HAL）

[ioCC2430.h]（系統內建）：定義了CC2430的所有SFR 、中斷向量

[hal.h] 包括常用類型定義、常用賦值宏、以及CC2430片上資源的配置（I/O、串口通訊、ADC、定時器、電源管理等）

（註：由於本實驗所涉及的片外模組——LED與按鍵——的使用極其簡單，所以筆者將其合并入了單個源檔案。若遇到較複雜的模組，可以單獨建立 .h 與 .c 檔案來實現，如LCD.h、LCD.c）　　

　　

經此設計，其優點逐漸浮出水面：

• 高效的開發速率：編完 HAL 層中的 hal.h 之後，我們就可以很方便地調用，而不必反覆地去查詢SFR的具體設定細則

• 快速擴充：若需要加強系統功能，只需在 FML 層添加相應功能模組（即 .c 檔案），並在 main.c 中調用即可

• 較高的代碼重用性：HAL 層所提供的SFR操作可供通用，而且該層幾乎不用修改就可直接用於新的CC2430項目中 

• 較好的可維護性：項目代碼結構清晰，HAL 與 FML 幾乎不需要修改，只需修改 APL 即可

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 結論　

可能對於嵌入式編程高手來說，上述理論可能完全算不得什麼，甚至還存在著很大的錯誤。不過在一個初學者從入門走向精通的途中，像這種 發現問題 → 投入思考 → 提出方案 的學習模式，我相信是值得而且很有必要的。就像很多人說的那樣：過程比結論更重要。

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