淺談單片機程序設計中的“分層思想”

淺談單片機程序設計中的“分層思想”

隨便寫(xiě)下的一點(diǎn)東西，本來(lái)打算去發(fā)表，不過(guò)想想還是算了，不是什么重要的東西，不過(guò)這個(gè)東西確實(shí)很有用。文章?tīng)€的去組織和修改了，隨便看看吧。

分層的思想，并不是什么神秘的東西，事實(shí)上很多做項目的工程師本身自己也會(huì )在用?？戳瞬簧偬佣及l(fā)現沒(méi)有提及這個(gè)東西，然而分層結構確是很有用的東西，參透后會(huì )有一種恍然大悟的感覺(jué)。如果說(shuō)我不懂LCD怎么驅動(dòng)，那好辦，看一下datasheet，參考一下阿別人的程序，很快就可以做出來(lái)。但是如果不懂程序設計的思想的話(huà)，會(huì )給你做項目的過(guò)程中帶來(lái)很多很多的困惑。

參考了市面上各種各樣的嵌入式書(shū)籍，MCS-51，AVR ，ARM 等都有看過(guò)，但是沒(méi)有發(fā)現有哪本是介紹設計思想的，就算有也是鳳毛麟角。寫(xiě)程序不難，但是程序怎么樣才能寫(xiě)的好，寫(xiě)的快，那是需要點(diǎn)經(jīng)驗積累的。結構化模塊化的程序設計的思想，使最基本的要求。然而這么將這個(gè)抽象的概念運用到工程實(shí)踐當中恩?那需要在做項目的過(guò)程中經(jīng)歷磨難，將一些東西總結出來(lái)，抽象升華為理論，對經(jīng)驗的積累和技術(shù)的傳播都大有裨益。所以在下出來(lái)獻丑一下，總結一些東西。

就我個(gè)人的經(jīng)驗而談，有兩個(gè)設計思想是非常重要的。

一個(gè)就是“時(shí)間片輪的設計思想”，這個(gè)對實(shí)際中解決多任務(wù)問(wèn)題非常有用，通?？梢杂眠@個(gè)東西來(lái)判斷一個(gè)人是單片機學(xué)習者，還是一個(gè)單片機工程師。這個(gè)必須掌握。由于網(wǎng)上介紹這個(gè)的帖子也不少，所以這里就不多說(shuō)了。

第二個(gè)就是我今天想說(shuō)的主題“分層屏蔽的設計思想”。下面用掃描鍵盤(pán)程序例子作為引子，引出今天說(shuō)的東西。

問(wèn)題的提出

單片機學(xué)習板一般為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，將按鍵分配的很好，例如整個(gè) 4*4 的鍵盤(pán)矩陣分配到 P1 口上面，8條控制線(xiàn)，剛好。這樣的話(huà)程序也非常好寫(xiě)。只需要簡(jiǎn)單的

KEY_DAT = P1;

端口的數據就讀進(jìn)來(lái)了。

誠然，現實(shí)中沒(méi)有這么好的事情。在實(shí)際的項目應用當中，單片機引腳的復用相當厲害，這跟那些所謂的單片機學(xué)習板就有很大的差別了。

另外一個(gè)原因，一般設計來(lái)說(shuō)，是“軟件配合硬件”的設計流程，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是，先確定好硬件原理圖，硬件布線(xiàn)，最后才是軟件的開(kāi)發(fā)，因為硬件修改起來(lái)比較麻煩，相對來(lái)說(shuō)軟件修改的時(shí)候比較好改。這個(gè)就是中國傳統的陰陽(yáng)平衡哲學(xué)原理。硬件設計和軟件設計本來(lái)就是魚(yú)和熊掌的關(guān)系，兩者不可兼得。方便了硬件設計，很可能給寫(xiě)軟件帶來(lái)很大的麻煩。反過(guò)來(lái)說(shuō)，方便了軟件設計，硬件設計也會(huì )相當的麻煩。如果硬件設計和軟件設計同時(shí)方便了，那只有兩種可能，一是這個(gè)設計方案非常簡(jiǎn)單，二是設計師已經(jīng)達到了一個(gè)非常高的境界。我們不考慮那么多情況，單純從常用的實(shí)際應用的角度來(lái)看問(wèn)題。

硬件為了布線(xiàn)的方便，很多時(shí)候會(huì )可能將IO口分配到不同的端口上面，例如上面說(shuō)的4*4鍵盤(pán)，8根線(xiàn)分別分配到 P0 P1 P2 P3 上面去了。那么，開(kāi)發(fā)板的那些掃描鍵盤(pán)程序可以去見(jiàn)鬼了。怎么掃按鍵?我想起了我剛開(kāi)始學(xué)習的時(shí)候，分成3段非常相似的程序，一個(gè)一個(gè)按鍵的掃描的經(jīng)歷......

或許有人不甘心，“那些東西我花了很長(cháng)時(shí)間學(xué)習的，也用的好好的，怎么能說(shuō)一句不用就不用?”雖然有點(diǎn)殘忍，但是我還是想說(shuō)“兄弟，接受現實(shí)吧，現實(shí)是殘酷的......”

不過(guò)，人區別于低等動(dòng)物的差別，是人會(huì )創(chuàng )造，在碰到困難的時(shí)候會(huì )想辦法解決，于是我們開(kāi)始了沉思......

最后我們引入初中數學(xué)學(xué)的“映射”的概念來(lái)解決問(wèn)題?；舅枷刖褪?，將不同端口的按鍵映射到相同端口上面。

這樣按鍵掃描程序就分成3個(gè)層次了。

1)最底層的是硬件層，完成端口掃描，20ms延時(shí)消抖，將端口的數據映射到一個(gè)KEY_DAT寄存器上面，KEY_DAT作為對上層驅動(dòng)層的一個(gè)接口。

2)中間的一層是驅動(dòng)層，驅動(dòng)層只對 KEY_DAT 寄存器的數值進(jìn)行操作。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，我們無(wú)論底層的硬件是怎么接線(xiàn)的，在驅動(dòng)層都不需要關(guān)心，只需要關(guān)心 KEY_DAT 這個(gè)寄存器的數值是什么就可以了。這樣出來(lái)的間接效果就是“屏蔽了底層硬件的差異”，所以驅動(dòng)層寫(xiě)的程序就可以通用了。

驅動(dòng)層的另外一個(gè)功能是為了上層提供消息接口。我們用了類(lèi)似window程序的消息的概念。這里可以提供一些按鍵消息，例如：按下消息，松開(kāi)消息，長(cháng)按鍵消息，長(cháng)按鍵的時(shí)候的步進(jìn)消息，等等。

3)應用層。這里就是根據項目的不同分別寫(xiě)按鍵功能程序，屬于最上層的程序。它使用的是驅動(dòng)層提供的消息接口。在應用層寫(xiě)程序的思想就是，我不管下層是怎么工作的，我只關(guān)心按鍵消息。有按鍵消息來(lái)的時(shí)候我就執行功能，沒(méi)有消息來(lái)的時(shí)候，我就什么也不做。