妙用結構體 簡(jiǎn)化報文封裝和解析

佛門(mén)里有句話(huà)：諸法無(wú)自性，盡隨汝心轉。就是說(shuō)，同樣一個(gè)東西，在不同的人眼中，呈現的是不同的印象。

比如，同樣是榴蓮，有人視為美味，直流口水，有人卻覺(jué)得聞起來(lái)臭穢，吃起來(lái)反胃，正所謂汝之蜜糖，彼之砒霜。

這一點(diǎn)倒是和“一千個(gè)讀者的眼中就有一千個(gè)哈姆雷特”有點(diǎn)異曲同工之妙。

同樣的東西，在不同使用者手中也能發(fā)揮不同的作用。比如倚天劍，張無(wú)忌拿它主持武林正義，護佑天下蒼生，滅絕師太卻拿它發(fā)泄更年期的怒火，切蘿卜似地大殺四方。

比如C語(yǔ)言中的結構體，有的人輕車(chē)熟路，信手拈來(lái)，經(jīng)?？滓壹核频亍澳憧芍?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/結構體">結構體和聯(lián)合體有幾種用法？”

有的人卻笨手笨腳，不得章法。

說(shuō)他不會(huì )用結構體吧，他便漲紅了臉，額上的青筋條條綻出，爭辯道：“用得不好不能算不會(huì )用。。。不用。。。碼農的事，能說(shuō)不會(huì )用嗎？”接著(zhù)便是難懂的話(huà)，什么“不同的變量干嘛揉在一起”，什么“物以類(lèi)聚人以群分”之類(lèi)，引得眾人都哄笑起來(lái)，辦公室里充滿(mǎn)了快活的空氣。

灑家向來(lái)中規中矩，也沒(méi)研究過(guò)結構體到底有幾種用法，直到有一天，用它解決了工作中的一個(gè)大問(wèn)題，才領(lǐng)會(huì )了它的妙用。

一

代碼交接也許是碼農最不愿意干的事情之一了，尤其是要接過(guò)一個(gè)要離職的“兄弟”的代碼的時(shí)候。

當其時(shí)也，真個(gè)是左右為難。

卡得嚴一點(diǎn)吧，害怕傷交情，人都要走了，好說(shuō)好散，何必在這個(gè)時(shí)候讓人為難？放松一點(diǎn)吧，苦的是自己，人都要走了，一拍兩散，他甩下的鍋有那么容易刷完？

總之，一邊是交情，一邊是心情，左右都不是，為難了自己。該為他想吧，該為自己想吧，我已糾結地不可自拔。

當小韓離職、領(lǐng)導讓我交接他的代碼時(shí)，我陷入的便是這樣的困境。

小韓交接給我的是一個(gè)半成品的電動(dòng)防夾車(chē)窗控制器，雖然一時(shí)半會(huì )我還看不大懂他的防夾算法，但是應用部分還是比較容易理解的。待我沉下心去一看，我很快被代碼中此起彼伏的位操作語(yǔ)句淹沒(méi)了。

代碼里到處涌現的這些位操作是干嘛的呢？原來(lái)，這個(gè)產(chǎn)品是個(gè)CAN節點(diǎn)，這些位操作是用來(lái)提取CAN報文里的某個(gè)“信號”，或者給CAN報文的某個(gè)“信號”賦值的。

這里面實(shí)際上牽扯到一個(gè)挺麻煩的事情，因為，傳統的CAN信號讀取和賦值方法以報文字節數組為操作對象，讀取某個(gè)CAN信號或者對某個(gè)CAN信號賦值時(shí)，確實(shí)需要對報文字節數組中的某個(gè)字節進(jìn)行位操作。

但是，根據具體應用不同，一個(gè)CAN節點(diǎn)需要讀取和賦值的CAN信號可能多達數十個(gè)甚至上百個(gè)，這種位操作方式使得解析和賦值CAN信號的工作非常繁重，而且容易出錯。當CAN節點(diǎn)功能升級造成網(wǎng)絡(luò )矩陣表發(fā)生改變時(shí)，CAN信號解析和賦值操作也會(huì )隨CAN信號位置或長(cháng)度的變化而變化，這時(shí)又會(huì )造成大量的修改操作。

也就是說(shuō)，且不說(shuō)小韓的半成品代碼里是不是埋了雷，就是以后要做一點(diǎn)修改時(shí)，也會(huì )很麻煩。

這可咋整？

二

進(jìn)一步行文之前，還是有必要先給大家科普一下。

在CAN網(wǎng)路中，CAN報文是底層通信接收和發(fā)送的主體，每條CAN報文中的數據場(chǎng)為8個(gè)字節。在這八個(gè)字節里，有很多“信號”，這些信號一般是位形式，比如車(chē)窗命令可以用一個(gè)2位的信號表示-01上升10下降11停止。

這么說(shuō)吧，從“通信”的角度，報文收發(fā)的操作對象是“字節形式”的報文數據，但是從“邏輯”的角度，應用的操作對象是“位形式”的CAN信號。

一邊是字節形式的報文數據，一邊是位形式的CAN信號，顯然需要通過(guò)一種手段把它們聯(lián)系起來(lái)。

位操作當然是手段之一。

就像小韓在代碼里寫(xiě)的那樣，先把CAN報文寄存器里的字節形式的數據賦值給具體報文中的某個(gè)字節，比如：

WDW_CMD_REQ[0]=(unsigned char)(CANmsgReceiveNow[1]>>8);

再用位操作提取該報文該字節里面的信號，比如：

Lf_cmd=WDW_CMD_REQ[0]&0x03;

在寫(xiě)代碼和讀代碼時(shí)，位操作畢竟比不得直接的加、減、邏輯、賦值操作那樣容易理解，但是，程序員的心一般都比較大，應該不怕自己人讀時(shí)頭大。

而且，就算如前文所說(shuō)，信號在字節中的位置發(fā)生了變化，無(wú)非是多費點(diǎn)腦汁，重寫(xiě)一下這個(gè)位操作語(yǔ)句就行了。

總之，位操作是麻煩了點(diǎn)，但是好像也不是多大的硬傷。

好吧，如果你沒(méi)有覺(jué)得哪里有什么不對勁，請你思考一下這個(gè)問(wèn)題：

每個(gè)報文對應八個(gè)字節，這八個(gè)字節里可能有二三十個(gè)信號，如果每個(gè)信號都定義一個(gè)變量，一條報文就差不多消耗三十來(lái)個(gè)字節的RAM，如果報文多了，會(huì )消耗多少RAM資源呢？要知道，在MCU里面，RAM可算是寸土寸金吶！

三

信號對應的RAM資源其實(shí)是可以省掉的！方法就是本文要說(shuō)的聯(lián)合體和結構體。

聯(lián)合體可以節省RAM空間，這是C語(yǔ)言里的常識?？墒?，怎么把字節形式和位形式“聯(lián)合”為一體呢？

方法就是根據報文的信號矩陣設計信號組結構體。即根據網(wǎng)絡(luò )矩陣表給出的每個(gè)報文的所有CAN信號的名稱(chēng)、起始位和長(cháng)度信息，每個(gè)報文都設計一個(gè)由一組位信號組成的結構體。

這里首先要注意你所用處理器的大小端模式，看看是先定義第一個(gè)字節里的信號，還是先定義最后一個(gè)字節里的信號。然后根據信號的占位（第幾個(gè)字節的哪幾位），把它定義在相應的位置，如果在報文里有空位，比如說(shuō)第二個(gè)字節的0-3位沒(méi)有定義，這時(shí)也要以占位符信號的形式把它定義出來(lái)。

然后為每個(gè)報文定義一個(gè)聯(lián)合體類(lèi)型。聯(lián)合體有兩個(gè)成員變量，一個(gè)是數組變量，一個(gè)是上述信號組結構體變量。根據聯(lián)合體的定義，數組變量和信號組結構體變量的尺寸相同，存放于相同的地址空間（同一個(gè)RAM地址）里，無(wú)論誰(shuí)發(fā)生了變化，另一方也會(huì )同步發(fā)生改變。

在這個(gè)聯(lián)合體中，數組變量是以單字節類(lèi)型定義的數組，存儲字節形式的報文數據，它用于報文的收發(fā)，對應于底層通信。

信號組結構體變量是以上述信號組結構體類(lèi)型定義的結構體，存儲信號組形式的報文數據，它用于信號的解析和封裝，對應于上層應用。

報文聯(lián)合體和信號組結構體內存空間示意圖

CAN節點(diǎn)接收報文并放入報文緩沖區后，進(jìn)行報文解析時(shí)，首先根據報文ID，找出對應的報文，然后將報文緩沖區當前報文的數據寫(xiě)入對應的報文聯(lián)合體變量的數組變量中，由于聯(lián)合體字節數組和聯(lián)合體信號組結構體位于相同的地址空間上，數組變量的內容更新直接更新了該聯(lián)合體變量中的信號組結構體變量的內容，當提取和解析CAN信號時(shí)，直接讀取該報文聯(lián)合體中的結構體中定義的信號即可。

當需要發(fā)送報文時(shí)，如果需要賦值信號，直接賦值該報文聯(lián)合體中的結構體中定義的信號，不需要進(jìn)行位操作對報文數據進(jìn)行封裝，然后將該報文聯(lián)合體中的字節數組填充到CAN控制器的發(fā)送寄存器中，啟動(dòng)CAN控制器的發(fā)送就可以完成報文的發(fā)送。

這種實(shí)現方案是不是很酷？Super Cool！

四

這種對結構體和聯(lián)合體的妙用，只需要在定義結構體的時(shí)候膽大心細一些，便可以將CAN信號的解析及封裝畢其功于一役，之后的工作就像那橋邊姑娘，風(fēng)華模樣，落落大方了。

如果是底層報文收發(fā)，你就對聯(lián)合體中的數組形式的字節變量進(jìn)行操作，如果是應用層CAN信號的讀取和賦值，你就對聯(lián)合體中信號組結構體形式的位變量進(jìn)行操作。

有了聯(lián)合體，報文里字節形式的數據變化后，位形式的信號量自動(dòng)發(fā)生變化，直接拿來(lái)用即可。反之，在應用中對某個(gè)位形式的信號更新賦值了以后，報文里的字節數據自動(dòng)發(fā)生變化，該發(fā)送時(shí)直接發(fā)送即可！

再也沒(méi)有惱人的位操作了，是不是非常地神清氣爽？

總之，假輿馬者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而絕江河。君子生非異也,善假于物也！

就在于這個(gè)善假于物也！