嵌入式架構(gòu)設(shè)計(jì)，淺談"驅(qū)動分離式"設(shè)計(jì)思想。

工程師進(jìn)階筆記 · 發(fā)表于 2024-10-29 17:50:00

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！今天跟大家找了一種常見的應(yīng)用與驅(qū)動分離設(shè)計(jì)的方式，對于目前一些高性能MCU還是值得使用一下的，不過對于原本主頻不夠高、性能不太強(qiáng)的MCU不建議使用，畢竟這樣的設(shè)計(jì)還是犧牲了一定的性能。在正規(guī)的項(xiàng)目開發(fā)中，項(xiàng)目往往是并行開發(fā)的，也就是說硬件設(shè)計(jì)、底層軟件設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)等是同步進(jìn)行的。比如說在開發(fā)板上調(diào)試模塊驅(qū)動，在其他平臺上調(diào)試應(yīng)用程序再移植到目前這個平臺等。
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為何不見嵌入式軟件架構(gòu)師職位?
在招聘網(wǎng)站搜索架構(gòu)師，會出現(xiàn)各種系統(tǒng)架構(gòu)師：web架構(gòu)師，后臺服務(wù)端架構(gòu)師等等，但是唯獨(dú)很難看到嵌入式軟件架構(gòu)師。嵌入式軟件不需要架構(gòu)嗎，驅(qū)動不需要架構(gòu)嗎？
答案當(dāng)然是需要，不過為什么沒有這方面的職位？
一般的人會說，小項(xiàng)目才用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)功能簡單，無需太多人參與，所以無需注重軟件設(shè)計(jì)。其實(shí)是很幼稚的觀點(diǎn)（剛畢業(yè)時我也是這樣認(rèn)為的）。
目前國內(nèi)的嵌入式開發(fā)主要分為嵌入式底層開發(fā)和嵌入式應(yīng)用開發(fā)，嵌入式的底層開發(fā)一般叫做驅(qū)動開發(fā)，或者bsp開發(fā)，有時也有稱之為linux內(nèi)核開發(fā)，名字聽著都很高大上的感覺。
而嵌入式上的應(yīng)用開發(fā)，一般業(yè)務(wù)邏輯比較簡單，被很多人忽略，所以招聘方也會感覺沒必要招架構(gòu)師級別的了。

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嵌入式軟件架構(gòu)的好處
為什么有人覺得沒必要有嵌入式軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，那可能你做的項(xiàng)目只是流水燈級別吧。
當(dāng)然，不能說完全需要，至少對于大多數(shù)項(xiàng)目而言，都需要有一個軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，好處也是有很多，這里羅列一些：
1、應(yīng)用的代碼邏輯清晰，且避免重復(fù)的造輪子。
2、如果沒有好的架構(gòu)，移植將會是一件很痛苦的事情。
3、方便后期維護(hù)和升級。
4、最大限度的復(fù)用。
5、高內(nèi)聚低耦合。
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嵌入式軟件架構(gòu)之驅(qū)動分離
經(jīng)典的linux+arm配置屬于資源比較豐富，高配的嵌入式系統(tǒng)，其操作系統(tǒng)本身就很強(qiáng)大，軟件設(shè)計(jì)也變得水到渠成。本文所要提到的嵌入式，其實(shí)更偏向于單片機(jī)，結(jié)合一個案例給大家講講分層設(shè)計(jì)。以MCU + IAR為例，講講把底層軟件和應(yīng)用軟件分開。第一種方式：把底層軟件生成一個靜態(tài)庫提供給應(yīng)用。但是這樣就會有一個問題，如果靜態(tài)庫改變了，得重新編譯，然后提供給應(yīng)用，應(yīng)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。另外一種方式：底層軟件和應(yīng)用軟件是兩個獨(dú)立的bin文件，姑且叫l(wèi)ibdev.bin和app.bin。非操作系統(tǒng)的嵌入式是沒有動態(tài)庫.so這樣一說的，不過底層軟件這個可執(zhí)行文件姑且就認(rèn)為是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(guān)系是app.bin會調(diào)用libdev.bin的實(shí)現(xiàn)。但是他們是獨(dú)立的bin文件，如何關(guān)聯(lián)起來呢。這事就需要一個函數(shù)表告訴app.bin到哪里去調(diào)用libdev.bin里面的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)這個函數(shù)表，就需要有統(tǒng)一的函數(shù)接口才方便管理。這個函數(shù)表可用靜態(tài)庫.a實(shí)現(xiàn)（libdev.a）。libdev.a的功能就是要映射所有l(wèi)ibdev的接口函數(shù)，使app調(diào)用某一接口函數(shù)時，可以跳轉(zhuǎn)到libdev.bin里面執(zhí)行。具體設(shè)計(jì)思路：1.函數(shù)表用結(jié)構(gòu)體的方式實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)體元素為函數(shù)指針。1struct libdev_ops{
2 int (*dev_PortOpen)(int PortNum, char *PortParm);
3};
2.在libdev.bin里面，對結(jié)構(gòu)體里面的函數(shù)指針賦值。
1void libdev_ops_init(struct libdev_ops *ops){
2 ops->dev_PortOpen = dev_PortOpen;//把函數(shù)地址賦給對應(yīng)的函數(shù)指針
3}
3.程序啟動時，先進(jìn)入libdev.bin，然后再跳轉(zhuǎn)到app.bin。在此需要一個地址跳轉(zhuǎn)函數(shù)（在libdev.a里面）。1struct libdev_ops ops;
2void call_app(int addr)
3{
4 int (*startup)(struct libdev_ops *ops);
5 startup = (int(*)(struct libdev_ops *))(addr);
6 libdev_ops_init(&ops);
7 startup(&ops);
8}
4.重新封裝所有函數(shù)，如下：
1int dev_PortOpen(int PortNum, char *PortPara)
2{
3 return ops->dev_PortOpen(PortNum,PortPara);
4}
5.實(shí)現(xiàn)libdev.bin需要跳轉(zhuǎn)地址的函數(shù)（在app.bin）。
1void common_startup(struct libdev_ops *libdev_ops)
2{
3 ......
4 ops = libdev_ops;
5 dev_printf = ops->printf;//printf為不定參函數(shù)，不能在步驟2中進(jìn)行賦值，所以在靜態(tài)庫里進(jìn)行初始化賦值。
6 main();//跳到app的main中
7}
6.app.bin程序的啟動地址修改，修改 IAR配置
進(jìn)入options－－linker－－library－－勾選override default program entry,在Entry symbol 后面輸入common_startup。
7.因?yàn)橛袃蓚€.bin程序。所以就需要配置icf文件，并且call_app(addr)這個addr為app.bin里面common_startup函數(shù)的地址。因此需要編譯app.bin后在output文件里面的app.map里面查看common_startup的地址是多少（由于這個函數(shù)是程序最先執(zhí)行的函數(shù)，所以其地址為icf配置的起始地址）。
8.然后你在應(yīng)用里面包含了dev_PortOpen函數(shù)的頭文件就可以正常調(diào)用這個函數(shù)了。
因?yàn)閘ibdev.bin和app.bin是同時運(yùn)行的（app.bin調(diào)用的libdev函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在libdev.bin里面），因此必須把RAM和ROM分成兩份，不得重疊。
素材來源：https://blog.51cto.com/kenotu/1614390
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