嵌入式架构设计，浅谈"驱动分离式"设计思想。

工程师进阶笔记 · 发表于 2024-10-29 17:50:00

我是老温，一名热爱学习的嵌入式工程师
关注我，一起变得更加优秀！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。
素材来源：https://blog.51cto.com/kenotu/1614390
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