良许Linux教程网 干货合集 举例说明嵌入式框架该如何分层

举例说明嵌入式框架该如何分层

为了提高产品的开发速度和未来的迭代和移植能力,框架分层是非常必要的。然而,在中小型项目中严格遵循这些原则可能会消耗过多的精力来设计系统,这是一个需要抉择的过程。

一、框架分层的概念

在嵌入式架构中,一般将架构分为硬件架构和软件架构。在这里,我们讨论的是嵌入式软件设计,也是大多数人接触到的设计。

框架分层可以理解为模块化的设计方式,但框架分层的设计通常遵循以下几个原则:

  • 每个模块提供的接口必须保持统一,只能增加新的接口,不能更改已有的接口。在设计过程中,需要考虑兼容性和使用的便利性等因素。
  • 同一级别的模块之间应相互独立,互不影响,不能相互调用,只能调用自己所处层级的下一层接口。
  • 不同模块构成不同的层级,层级与层级之间不能跨级调用。
  • 模块内部可以继续进行分层,可以增加或删除层级,具体的设置需要根据项目需求来决定。

一般来说,框架分层可以包括以下几个层级:硬件驱动层 -> 功能模块层 -> 应用接口层 -> 业务逻辑层 -> 应用层

让我们来看看这个经典的图示,简单了解一下框架分层的概念。

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从图中不难观察出,设计都是遵循设计的原则的,层与层之间不能相互调用。

二、框架分层的优劣势

1.优势

  • 单一职责:每一层只负责一个职责,职责边界清晰,不会造成跨级调用,在大型项目中,每个人负责的部分不一样,加快整个项目的开发进度。
  • 高内聚:分层是把相同的职责放在同一个层中,所有业务逻辑内聚在领域层。在测试的时候,只需要测试该领域的层即可,一般不需要考虑其他层的问题。
  • 低耦合:依赖关系非常简单,上层只能依赖于下层,没有循环依赖。
  • 易维护:面对变更容易修改。在平台更改后,如果只是改了驱动,其他层都不需要动,只需要把驱动层给更改,其他层的功能不需要更改。
  • 易复用:如果功能模块变动了,只需升级相应的功能模块,其他的模块不受影响,应用层也不受影响。

如果想要更好地利用这些优势,那得严格遵循设计的原则。

2.劣势

  • 开发成本高:因为多层分别承担各自的职责,增加功能需要在多个层增加代码,这样难免会增加开发成本。但是合理的抽象,根据自己的项目设置合理的层级是能降低开发成本的。
  • 性能略低:业务流需要经过多层代码的处理,性能会有所消耗。
  • 可扩展性低:因为上下层之间存在耦合度,有些功能变化可能涉及到多层的修改。

有优势也有劣势,需要根据自己的项目需要,进行部分的取舍,如果是中小型项目,可以不需要分层(如果不考虑到以后会迭代的话),或者部分分层就够了,既能利用框架分层的部分优势,也能降低开发成本。

三、一个简单的例子

由于主要讨论的是软件框架的分层设计,这里使用STM32cubemx来进行硬件的初始化,尽可能少考虑到硬件驱动的部分。

以一个智能小灯的作为例子:

功能

  • 按键控制小灯的亮度,等级为:0,1,2,3
  • 串口可以观察当前小灯亮度等级
  • OLED也可以观察当前小灯亮度等级

下面就是这个例子的一个简单的图示。

这和例子比较简单,业务逻辑层完全可以去除,直接从应用层调用功能模块层,加快开发进度。

最后附上一点点代码,就是关于LED如何进行在不同层进行封装

硬件层

首先看HAL库生成提供的代码,这个就是LED硬件层,也就是GPIO层,cubemx已经生成了,在stm32f4xx_hal_gpio.c(我用的是F4),以及有相应的GPIO的驱动了,这里不需要我们进行处理。

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硬件层驱动层

看LED部分的驱动,也就是下面的这两个函数

void MX_TIM1_Init(void);
void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle);
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/* TIM1 init function */
void MX_TIM1_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 0 */

  /* USER CODE END TIM1_Init 0 */

  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};

  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */

  /* USER CODE END TIM1_Init 1 */
  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();
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 2 */

  /* USER CODE END TIM1_Init 2 */
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);

}

void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
{

  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(timHandle->Instance==TIM1)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM1_MspPostInit 0 */

  /* USER CODE END TIM1_MspPostInit 0 */

    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
    /**TIM1 GPIO Configuration
    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);

  /* USER CODE BEGIN TIM1_MspPostInit 1 */

  /* USER CODE END TIM1_MspPostInit 1 */
  }

}
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对其进行封装,就是我们想要的Led小灯的驱动了,到时候如果需要,改驱动直接改底层就行了。

void Led_init()
{
 MX_TIM1_Init();
 HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//启动PWM
}
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功能模块层

根据上面的需求要求划分为四个不同等级,同时也需要对LED驱动进行进一步封装,以便满足层与层之间不能跨级调用的原则(到这里是不是发现很麻烦!小项目就不要用啦!)

//ARR计数器设置值为0~10000
#define LED_GRADE_0  0
#define LED_GRADE_1  3000
#define LED_GRADE_2  6000
#define LED_GRADE_3  10000
//设置LED亮度功能
void Led_Set_brightness(int Grade)
{
 if(Grade==LED_GRADE_0)
 {
     __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
  HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//关闭PWM输出
 }
 else
 {
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
 }
}

//启动LED功能
void Led_Start()
{
 Led_init();
}
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业务逻辑层

这里仅仅以启动层为例:

void Start_app()
{
 Led_Start();
}
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应用层

基本流程是:启动业务逻辑->读取业务逻辑->处理业务逻辑->显示业务逻辑。

四、总结

到这里,一个简单的例子也解释完毕了,通过LED这个简单的例子,已经大概了解到这个设计的复杂了,如果是大型项目,运用起来会很爽,小型的话完全没必要这样分层,太麻烦了,严重减慢开发效率,时间都用在思考如何进行分层才能符合框架分层的原则。下一篇文章将会结合框架分层与MVC进行一个小综合。

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良许

作者: 良许

良许,世界500强企业Linux开发工程师,公众号【良许Linux】的作者,全网拥有超30W粉丝。个人标签:创业者,CSDN学院讲师,副业达人,流量玩家,摄影爱好者。
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