面向設備編程-嵌入式微系統連載之六

　　System結構體封裝了整個(gè)系統層，讓App很容易基于System跨平臺，那么System內部該如何組織?

　　ARM公司推薦嵌入式開(kāi)發(fā)遵循CMSIS架構，用戶(hù)應用程序可以調用實(shí)時(shí)內核(OS)、中間件等，也可以直接調用底層硬件基于CMSIS標準的函數接口，比如ST公司發(fā)布的STM32的硬件驅動(dòng)LIB庫，甚至直接訪(fǎng)問(wèn)最底層的寄存器。這種架構編程比較靈活，對于規模不大的嵌入式系統比較適合，但這樣的一個(gè)架構分層還比較模糊，應用層幾乎可以訪(fǎng)問(wèn)所有的系統層資源，比較任意。各種底層接口沒(méi)有封裝，規模一大很容易引起重名、相互調用，若更換處理器芯片，整個(gè)系統層都要重新設計，不便于移植。為了解決這些問(wèn)題，需要引入新的概念：設備，基于設備把底層的硬件驅動(dòng)函數按功能封裝起來(lái)，這樣可以把系統層內部理清、分層次、模塊化、可移植。

　　設備這個(gè)詞，我們是經(jīng)常接觸的，我們知道PC機的組成，就是由中央處理器、內存、硬盤(pán)、主板、電源、顯示器等幾樣組成，這是物理上講的，若從Windows操作系統角度看，我們可以看Windows的設備管理器。一臺PC機在Windows XP的眼中由DVD驅動(dòng)器、IDE控制器、處理器、磁盤(pán)驅動(dòng)器、電池等等組成，每一個(gè)設備里面又細分為很多小設備。所以設備是Windows XP管理的基本對象。

　　在VS.Net架構的C#編程角度看，系統層System由各種功能子類(lèi)組成，子類(lèi)下面又分子類(lèi)。應用層開(kāi)發(fā)程序，就是面向System各種類(lèi)開(kāi)發(fā)即可，所以類(lèi)是C#編程的基礎單元。

　　無(wú)論設備還是類(lèi)，它們都是表征一組具有相對完整功能的集合。比如一個(gè)人，由頭、四肢、五臟六腑組成，這些部件都是相對完整的功能集，而頭呢，又由大腦、眼睛、鼻子、耳朵等組成，它們的功能也是相對完整的。相對于類(lèi)這個(gè)概念來(lái)說(shuō)，嵌入式人員更容易接受設備這個(gè)名詞，因為有很多實(shí)際的對應物存在，比如LCD、按鍵、存儲器、串口、ADC、定時(shí)器、IO等等，都是具體的一個(gè)設備，它們有非常明確的功能定義，基本上各個(gè)項目都需要這些設備組合起來(lái)完成，只是不同的項目可能涉及的設備種類(lèi)不同罷了，但基本上脫離不了這么幾種。所以我們可以認為一個(gè)系統層System就是由不同的設備組成的，系統層內的中間件也是由設備來(lái)支持的，而設備則需要編寫(xiě)設備驅動(dòng)代碼，需要調用各種硬件驅動(dòng)接口函數來(lái)實(shí)現，比如ST公司發(fā)布的STM32硬件驅動(dòng)庫來(lái)完成。

　　中低端嵌入式編程，因為資源比較緊張，為了節省資源，代碼編寫(xiě)比較緊湊，所以長(cháng)期以來(lái)應用層與系統底層是分不清的，這就導致經(jīng)常一個(gè)人既要懂上層應用，又要懂底層驅動(dòng)，對開(kāi)發(fā)者的要求較高，這也增加了項目的開(kāi)發(fā)難度。而現在高性能嵌入式芯片的出現，可以不再被資源約束，所以引入設備概念，讓嵌入式編程真正意義上解決了一人打天下的尷尬局面，對于應用層開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，他們雖然不懂底層硬件驅動(dòng)，但可以很容易理解設備這個(gè)功能接口，輕松完成項目需求，而對于底層驅動(dòng)人員來(lái)說(shuō)，一個(gè)個(gè)明確獨立的設備，更有助于自己清晰的編寫(xiě)底層驅動(dòng)，適合多人協(xié)助開(kāi)發(fā)。所以msOS，可以認為是面向設備開(kāi)發(fā)的架構。

　　每一個(gè)設備，都有一個(gè)對應的結構體封裝，因為中低端嵌入式系統規模不大，為了方便應用查看，所以直接封裝在System的Device里面。

　　只有在System的Device中的基礎設備才可以被應用層訪(fǎng)問(wèn)、調用，而設備內的其它函數，都需要定義為Static類(lèi)型，防止被外部調用。

　　一個(gè)設備驅動(dòng)的代碼編寫(xiě)一般的講要分為五部分，以L(fǎng)CD設備為例：

　　1、 建立一個(gè)按鍵設備文件device_lcd.c。

　　2、 在device_lcd.c中編寫(xiě)lcd設備驅動(dòng)代碼，除了外部接口函數之外，其它的都需要定義為Static類(lèi)型的靜態(tài)函數，防止被外部函數調用。

　　3、 在SystemStruct的Device中添加Lcd設備結構體，內部包含接口函數指針。

　　4、 在Lcd設備初始化函數InitializeLcd中把Lcd設備的接口函數指針與Lcd設備的接口函數關(guān)聯(lián)起來(lái)：System.Device.Lcd.DisplayString = LcdDisplayString;

　　5、 有些需要基于系統節拍運行的設備，比如按鍵、定時(shí)器設備，需要由系統節拍提供系統節拍服務(wù)程序：KeySystick100Service();TimerSystick1000Service();

　　引入設備概念，把系統層分為一個(gè)個(gè)相對獨立的模塊，內部的函數都通過(guò)Static封裝了，只是保留了設備接口與外界聯(lián)系，這樣大大簡(jiǎn)化了系統的復雜度，調理更加清晰，可以支撐項目做的更大更強。封裝之后的設備功能相對完整，獨立性強，那么它是如何運轉的呢?必須要有一套支撐設備運行的規范。

　　1、 設備一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)不需要系統節拍支撐它運行的，比如Lcd、IO等設備，它們由上層函數直接調用接口即可。還有一類(lèi)需要由系統節拍設備支撐其運行的，比如按鍵和定時(shí)器設備，按鍵是基于每秒100次的按鍵掃描獲取按鍵值，定時(shí)器是基于每秒1000次的系統節拍實(shí)現多路虛擬定時(shí)器。所以這一類(lèi)設備，需要由系統節拍設備提供支持，它們的工作基于系統節拍之上運行，系統節拍設備是它們運行的基礎。device_systick.c是系統節拍設備，它是相對比較特殊的基礎設備。

　　2、 調用方式分為三種：上層與下層可以直接調用，下層對上層提供了兩種方式，一是利用OS的消息機制實(shí)現信息上傳，二是采用注冊機制，實(shí)現類(lèi)似處理器中斷的方式，給上層提供信息。