嵌入式项目代码结构的分层——HAL(硬件抽象层)、FML(功能模块层)、APL(应用程序层)

本文主要是介绍嵌入式项目代码结构的分层——HAL(硬件抽象层)、FML(功能模块层)、APL(应用程序层),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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一、遇到的问题

  在“Zigbee之旅”系列博文中,每写一篇笔者都会编写一个小实验来展开讲解。通过这一段时间的实践,我积累了一些编码经验,但也体会到了之前的代码结构的缺陷:

  (1)开发效率低:每次使用片内的某一资源(例如定时器等),笔者都要去查询CC2430中文手册,比较eggache~

  (2)代码重复较多:每个实验源码中,诸如 xtal_init ,led_init 等初始化函数每次都要编写

  (3)不易修改:代码中的业务逻辑与SFR的操作混在一起,可读性较差,修改起来也费力

  正是由于以上问题,笔者决定暂停了该系列博文的续写,抽出时间来思考一下解决办法。

二、由网站分层引起的思考

  笔者在学习嵌入式编程之前,曾有过 ASP.NET 网站开发经验,对其分层理论也有所实践,下面简单提一下:

  一般的有一定复杂度的网站可分为以下三层:

  (1)数据接入层(DAL):负责与数据库的交互,供业务逻辑层调用

  (2)业务逻辑层(BLL):调用数据接入层以获取数据,并为具体的业务需求提供支持

  (3)用户界面层(UIL):负责呈现最终的用户界面

  相信博客园中很大一部分朋友都对此非常熟悉,在此不再赘述。总之,分层以后,大大提高了代码的复用性与扩展性。

  那么在嵌入式开发中,能否也利用分层的思想,来提高开发效率,增强其可维护性与可扩展性呢?下面,是一些笔者思考后的浅见。

三、嵌入式项目也来分个层

  当然不能照搬ASP.NET 的具体分层思想,具体问题得具体分析嘛~

  首先,嵌入式开发的核心就是芯片,它提供固定的片内资源共开发者使用。而且它具有一个很重要的特点就是,不随项目的需求变动而变动。所以应将其作为最底层,为上层提供基础支持。我们将其命名为 硬件抽象层(Hardware Abstract Layer)。  

  芯片有了当然还不够,通常我们会在片外扩展一些功能模块来满足具体的项目需求,例如:传感器、键盘、LCD屏等。这一层的特点是,随项目的变动而以模块为单位动态增减。这一层的运作需要芯片内部资源的支持,所以应处于硬件抽象层之上,并为上层调用。我们将其命名为 功能模块层(Functional Module Layer)。

  OK,现在原材料都准备齐了:芯片+扩展模块,接下来就要开始真正的加工了:我们需要灵活调用之前两层所提供的接口,实现具体的项目需求。我们将其命名为应用程序层(Application Layer)。

  图文:

(1)硬件抽象层(HAL

  实现对片内资源 (如定时器、ADC、中断、I/O等) 的通用配置,隐藏具体的SFR操作细节,为上层提供简单清晰的调用接口。

(2)功能模块层(FML)

  通过调用 HAL,实现项目中所涉及到的各片外功能模块,隐藏具体的模块操作细节,并为上层提供简单清晰的调用接口。

(3)应用程序层(APL

  通过调用 HAL 与 FML,实现最终的应用功能。

四、小试牛刀

  OK,我们举一个具体的例子,来说明分层思想的运用。

  在写作“Zigbee之旅”系列的某一篇博文时,笔者需要完成一个略带综合性的小实验“温度监测系统”,需求分析大概如下:

 CC2430节点实现对温度的定时采集,并可通过LED灯指示其采样频率
   节点将数据传送至PC端
   节点可以接收来自PC的控制指令,以调整采样速率和电源模式
   具备停机自动复位能力
  • 可进入睡眠状态,并可由按键唤醒

  从上面的需求中我们可以看出,本实验的核心芯片为CC2430,需要的片外扩展模块为LED灯与按键,预期要达到具体项目需求即以上五点。  

  接下来,我们利用上面提到的分层理论小试牛刀,对“温度监测系统”这一实验的代码结构进行规划:

  (1)应用程序层(APL)

      [main.c] 引用 hal.h、ioCC2430.h 与 module.h,实现温度采集、与PC互通信、停机复位等具体的应用需求

  (2)功能模块层(FML)

      [module.h] 定义了一系列片外功能模块(LED、按键),以及一系列的相关函数的声明

      [module.c] 引用 hal.h,实现各片外模块(LED、按键)的功能

  (3)硬件抽象层(HAL)

      [ioCC2430.h](系统自带)定义了CC2430的所有SFR 、中断向量    

      [hal.h] 包括常用类型定义、常用赋值宏、以及CC2430片上资源的配置(I/O、串口通讯、ADC、定时器、电源管理等)

  (注:由于本实验所涉及的片外模块——LED与按键——的使用极其简单,所以笔者将其合并入了单个源文件。若遇到较复杂的模块,可以单独新建 .h 与 .c 文件来实现,如LCD.h、LCD.c)  

  经此设计,其优点逐渐浮出水面:

• 高效的开发速率:编完 HAL 层中的  hal.h 之后,我们就可以很方便地调用,而不必反复地去查询SFR的具体设置细则
  • 快速扩展:若需要加强系统功能,只需在 FML 层添加相应功能模块(即 .c 文件),并在 main.c 中调用即可
  • 较高的代码重用性:HAL 层所提供的SFR操作可供通用,而且该层几乎不用修改就可直接用于新的CC2430项目中 
  • 较好的可维护性:项目代码结构清晰,HAL 与 FML 几乎不需要修改,只需修改 APL 即可

五、结语

  可能对于嵌入式编程高手来说,上述理论可能完全算不得什么,甚至还存在着很大的错误。不过在一个初学者从入门走向精通的途中,像这种 发现问题 → 投入思考 → 提出方案 的学习模式,我相信是值得而且很有必要的。就像很多人说的那样:过程比结论更重要。

这篇关于嵌入式项目代码结构的分层——HAL(硬件抽象层)、FML(功能模块层)、APL(应用程序层)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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