单片机固件开发的关键要点与实用技巧
0 2023-12-04


今天跟大家找了一种常见的应用与驱动分离设计的方式,对于目前一些高性能MCU还是值得使用一下的,不过对于原本主频不够高、性能不太强的MCU不建议使用,毕竟这样的设计还是牺牲了一定的性能。在正规的项目开发中,项目往往是并行开发的,也就是说硬件设计、底层软件设计、应用软件设计等是同步进行的。比如说在开发板上调试模块驱动,在其他平台上调试应用程序再移植到目前这个平台等。


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为何不见嵌入式软件架构师职位?

在招聘网站搜索架构师,会出现各种系统架构师:web架构师,后台服务端架构师等等,但是唯独很难看到嵌入式软件架构师。嵌入式软件不需要架构吗,驱动不需要架构吗?

答案当然是需要,不过为什么没有这方面的职位?

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)。

目前国内的嵌入式开发主要分为嵌入式底层开发和嵌入式应用开发,嵌入式的底层开发一般叫做驱动开发,或者bsp开发,有时也有称之为linux内核开发,名字听着都很高大上的感觉。

而嵌入式上的应用开发,一般业务逻辑比较简单,被很多人忽略,所以招聘方也会感觉没必要招架构师级别的了。


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嵌入式软件架构的好处


为什么有人觉得没必要有嵌入式软件架构设计,那可能你做的项目只是流水灯级别吧。

当然,不能说完全需要,至少对于大多数项目而言,都需要有一个软件架构设计,好处也是有很多,这里罗列一些:

1、应用的代码逻辑清晰,且避免重复的造轮子。

2、如果没有好的架构,移植将会是一件很痛苦的事情。

3、方便后期维护和升级。

4、最大限度的复用。

5、高内聚低耦合。

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嵌入式软件架构之驱动分离


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。本文所要提到的嵌入式,其实更偏向于单片机,结合一个案例给大家讲讲分层设计。以MCU + IAR为例,讲讲把底层软件和应用软件分开。第一种方式: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。另外一种方式: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。具体设计思路:1.函数表用结构体的方式实现,结构体元素为函数指针。
1struct libdev_ops{ 2 int (*dev_PortOpen)(int PortNum, char *PortParm); 3}; 

2.在libdev.bin里面,对结构体里面的函数指针赋值。
1void libdev_ops_init(struct libdev_ops *ops){ 2 ops->dev_PortOpen = dev_PortOpen;//把函数地址赋给对应的函数指针 3} 


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(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.重新封装所有函数,如下:
1int dev_PortOpen(int PortNum, char *PortPara) 2{ 3 return ops->dev_PortOpen(PortNum,PortPara); 4} 

5.实现libdev.bin需要跳转地址的函数(在app.bin)。
1void common_startup(struct libdev_ops *libdev_ops) 2{ 3 ...... 4 ops = libdev_ops; 5 dev_printf = ops->printf;//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。 6 main();//跳到app的main中 7} 


6.app.bin程序的启动地址修改,修改 IAR配置

进入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。


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