嵌入式软件架构设计之分层设计

在实际的项目开发中，项目往往是并行开发的，也就是说硬件设计，底层软件设计，应用软件设计是同步进行的。比如说在开发板上调试模块驱动，在其他平台上调试应用再移植到目前这个平台等。这里又涉及到如何提高嵌入式应用软件的可移植性的问题，这个问题在下一篇博文中专门讲解，敬请期待。要想开发的应用程序在不同的嵌入式平台上具有高效率的可移植性，像Android sdk一样，统一的接口规范是必须的。

本文所要提到的嵌入式，其实更偏向于单片机。因为经典的linux+arm配置属于资源比较丰富，高配的嵌入式系统，其操作系统本身就很强大，软件设计也变得水到渠成。单片机更多时候是没有系统软件设计之说。一般的人会说，小项目才用单片机，实现功能简单，无需太多人参与，所以无需注重软件设计。其实是很幼稚的观点（刚毕业时我也是这样认为的）。因为目前mcu的处理速度，和实现功能已经可以满足很多项目的要求了。并且这些项目的软件也是越来越复杂。因此注重单片机类嵌入式软件设计是项目前期必须考虑的工作。

下面具体讲解单片机软件开发的分层设计思路。本栗子所使用的是飞思卡尔K21 MCU,IAR编译器。本文主题是讲软件分层，也就是底层软件和应用软件分开。当然可以把底层软件生成一个静态库提供給应用。但是这样就会有一个问题，如果静态库改变了，得重新编译，然后提供給应用，应用程序也得重新编译一下，这显然是很麻烦的一种处理方式。于是我们可以用另外一种思路去实现：底层软件和应用软件是两个独立的bin文件，姑且叫libdev.bin和app.bin。非操作系统的嵌入式是没有动态库.so这样一说的，不过底层软件这个可执行文件姑且就认为是app的.so吧。这两个bin文件通过配置icf，映射到不同的flash空间以及分配不同的RAM空间。显然，这两个bin文件的关系是app.bin会调用libdev.bin的实现。但是他们是独立的bin文件，如何关联起来呢。这事就需要一个函数表告诉app.bin到哪里去调用libdev.bin里面的函数实现。要实现这个函数表，就需要有统一的函数接口才方便管理。这个函数表可用静态库.a实现（libdev.a）。libdev.a的功能就是要映射所有libdev的接口函数，使app调用某一接口函数时，可以跳转到libdev.bin里面执行。如何实现上述思路，下面用一个具体实例讲解：

1.函数表用结构体的方式实现，结构体元素为函数指针。

eg:

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

2.在libdev.bin里面，对结构体里面的函数指针赋值。

eg:

void libdev_ops_init(struct libdev_ops *ops){
    ops->dev_PortOpen = dev_PortOpen;//把函数地址赋给对应的函数指针
}

3.程序启动时，先进入libdev.bin，然后再跳转到app.bin。在此需要一个地址跳转函数。

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里面

4.重新封装所有函数，如下：

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

5.实现libdev.bin需要跳转地址的函数

eg:

void common_startup(struct libdev_ops *libdev_ops)
{
    ......
    ops = libdev_ops;
    //printf为不定参函数，不能在步骤2中进行赋值，所以在静态库里进行初始化赋值。
    dev_printf = ops->printf;
    main();//跳到app的main中
}

在app.bin

6.app.bin程序的启动地址修改，修改 IAR配置

工程名字－－options－－linker－－library－－勾选override default program entry,在Entry symbol 后面输入common_startup。

7.因为有两个.bin程序。所以就需要配置icf文件，并且call_app(addr)这个addr为app.bin里面common_startup函数的地址。因此需要编译app.bin后在output文件里面的app.map里面查看common_startup的地址是多少（由于这个函数是程序最先执行的函数，所以其地址为icf配置的起始地址）。

8.然后你在应用里面包含了dev_PortOpen函数的头文件就可以正常调用这个函数了。

因为libdev.bin和app.bin是同时运行的（app.bin调用的libdev函数的实现在libdev.bin里面），因此必须把RAM和ROM分成两份，不得重叠。