談談關於嵌入式軟件分層框架

爲了能夠使得產品得到更好的開發速度與以後更好的迭代和移植，框架分層是很有必要的。但如對於中小型項目嚴格遵循這些原則，勢必會消耗過多精力去思考怎麼設計系統，這是一個抉擇的過程。

一、框架分層是什麼？

在嵌入式架構中：一般分爲硬件架構與軟件架構。這裏是嵌入式軟件設計，也是大多數人接觸的設計。

所謂的分層，也可以理解爲模塊化的設計，但是框架分層的設計一般會遵循以下幾點原則：

每個模塊提供的接口要統一，只能增加，不能改。在設計的時候得考慮好兼容性，使用起來麻煩不麻煩等等。
同一級模塊與模塊之間相互獨立，互不影響，不能相互調用，只能調用它下一層的接口。
不同模塊構成不同的層，層與層之間不能跨級調用。
模塊中又可以繼續分層，可以增減分層，這個需要根據自己的項目需求來進行設置。

一般可以分爲：硬件驅動層–> 功能模塊層–> 應用接口層–> 業務邏輯層–> 應用層

讓我們看看這個經典的圖，簡單瞭解一下框架分層。

從圖中不難觀察出，設計都是遵循設計的原則的，層與層之間不能相互調用。

二、框架分層的優劣勢

1. 優勢

單一職責：每一層只負責一個職責，職責邊界清晰，不會造成跨級調用，在大型項目中，每個人負責的部分不一樣，加快整個項目的開發進度。
高內聚：分層是把相同的職責放在同一個層中，所有業務邏輯內聚在領域層。在測試的時候，只需要測試該領域的層即可，一般不需要考慮其他層的問題。
低耦合：依賴關係非常簡單，上層只能依賴於下層，沒有循環依賴。
易維護：面對變更容易修改。在平臺更改後，如果只是改了驅動，其他層都不需要動，只需要把驅動層給更改，其他層的功能不需要更改。
易複用：如果功能模塊變動了，只需升級相應的功能模塊，其他的模塊不受影響，應用層也不受影響。

如果想要更好地利用這些優勢，那得嚴格遵循設計的原則。

2. 劣勢

開發成本高：因爲多層分別承擔各自的職責，增加功能需要在多個層增加代碼，這樣難免會增加開發成本。但是合理的抽象，根據自己的項目設置合理的層級是能降低開發成本的。
性能略低：業務流需要經過多層代碼的處理，性能會有所消耗。
可擴展性低：因爲上下層之間存在耦合度，有些功能變化可能涉及到多層的修改。

有優勢也有劣勢，需要根據自己的項目需要，進行部分的取捨，如果是中小型項目，可以不需要分層（如果不考慮到以後會迭代的話），或者部分分層就夠了，既能利用框架分層的部分優勢，也能降低開發成本。

三、一個簡單的例子

由於主要討論的是軟件框架的分層設計，這裏使用 STM32cubemx 來進行硬件的初始化，儘可能少考慮到硬件驅動的部分。

以一個智能小燈的作爲例子：

功能

按鍵控制小燈的亮度，等級爲：0，1，2，3
串口可以觀察當前小燈亮度等級
OLED 也可以觀察當前小燈亮度等級

下面就是這個例子的一個簡單的圖示。

這和例子比較簡單，業務邏輯層完全可以去除，直接從應用層調用功能模塊層，加快開發進度。

最後附上一點點代碼，就是關於 LED 如何進行在不同層進行封裝

硬件層

首先看 HAL 庫生成提供的代碼，這個就是 LED

硬件層，也就是 GPIO 層，cubemx 已經生成了，在 stm32f4xx_hal_gpio.c（我用的是 F4），以及有相應的 GPIO 的驅動了，這裏不需要我們進行處理。

硬件層驅動層

看 LED 部分的驅動：

也就是下面的這兩個函數

void MX_TIM1_Init(void);
void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle);

/* 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 */
  }

}

對其進行封裝，就是我們想要的 Led 小燈的驅動了，到時候如果需要，改驅動直接改底層就行了。

void Led_init()
{
    MX_TIM1_Init();
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//啓動PWM
}

功能模塊層

根據上面的需求要求劃分爲四個不同等級，同時也需要對 LED 驅動進行進一步封裝，以便滿足層與層之間不能跨級調用的原則（到這裏是不是發現很麻煩！小項目就不要用啦！）

//ARR計數器設置值爲0~10000
#define LED_GRADE_0  0
#define LED_GRADE_1  3000
#define LED_GRADE_2  6000
#define LED_GRADE_3  10000
//設置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);//關閉PWM輸出
    }
    else
    {
        HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
        __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
    }
}

//啓動LED功能
void Led_Start()
{
    Led_init();
}

業務邏輯層

這裏僅僅以啓動層爲例：

void Start_app()
{
    Led_Start();
}

應用層

基本流程是：啓動業務邏輯 -> 讀取業務邏輯 -> 處理業務邏輯 -> 顯示業務邏輯。

四、總結

到這裏，一個簡單的例子也解釋完畢了，通過 LED 這個簡單的例子，已經大概瞭解到這個設計的複雜了，如果是大型項目，運用起來會很爽，小型的話完全沒必要這樣分層，太麻煩了，嚴重減慢開發效率，時間都用在思考如何進行分層才能符合框架分層的原則。

原文：http://t.csdn.cn/OWG8f

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來源：https://mp.weixin.qq.com/s/8G6ThSuccr-t6UcHWyMaVg

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