嵌入式框架分层_嵌入式软件架构设计之分层设计(1)，面试经历分享

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前言

为了能够使得产品得到更好的开发速度与以后更好的迭代和移植，框架分层是很有必要的。但如对与中小型项目严格遵循这些原则，势必会消耗过多精力去思考怎么设计系统，这是一个抉择的过程。

一、框架分层是什么？

在嵌入式架构中：一般分为硬件架构与软件架构。这里是嵌入式软件设计，也是大多数人接触的设计。

所谓的分层，也可以理解为模块化的设计，但是框架分层的设计一般会遵循一下几点原则

  • 每个模块提供的接口要统一，只能增加，不能改。在设计的时候得考虑好兼容性，使用起来麻烦不麻烦等等。
  • 同一级模块与模块之间相互独立，互不影响，不能相互调用，只能调用它下一层的接口。
  • 不同模块构成不同的层，层与层之间不能跨级调用。
  • 模块中又可以继续分层，可以增减分层，这个需要根据自己的项目需求来进行设置。

一般可以分为：硬件驱动层–>功能模块层–>应用接口层–>业务逻辑层–>应用层

让我们看看这个经典的图，简单了解一下框架分层。
在这里插入图片描述
从图中不难观察出，设计都是遵循设计的原则的，层与层之间不能相互调用。

二、框架分层的优劣势

1.优势

  • 单一职责：每一层只负责一个职责，职责边界清晰，不会造成跨级调用，在大型项目中，每个人负责的部分不一样，加快整个项目的开发进度。
  • 高内聚：分层是把相同的职责放在同一个层中，所有业务逻辑内聚在领域层。在测试的时候，只需要测试该领域的层即可，一般不需要考虑其他层的问题。
  • 低耦合：依赖关系非常简单，上层只能依赖于下层，没有循环依赖。
  • 易维护：面对变更容易修改。在平台更改后，如果只是改了驱动，其他层都不需要动，只需要把驱动层给更改，其他层的功能不需要更改。
  • 易复用：如果功能模块变动了，只需升级相应的功能模块，其他的模块不受影响，应用层也不受影响。

如果想要更好地利用这些优势，那得严格遵循设计的原则。

2.劣势

  • 开发成本高：因为多层分别承担各自的职责，增加功能需要在多个层增加代码，这样难免会增加开发成本。但是合理的抽象，根据自己的项目设置合理的层级是能降低开发成本的。
  • 性能略低：业务流需要经过多层代码的处理，性能会有所消耗。
  • 可扩展性低：因为上下层之间存在耦合度，有些功能变化可能涉及到多层的修改。

有优势也有劣势，需要根据自己的项目需要，进行部分的取舍，如果是中小型项目，可以不需要分层（如果不考虑到以后会迭代的话），或者部分分层就够了，既能利用框架分层的部分优势，也能降低开发成本。

三、一个简单的例子

由于主要讨论的是软件框架的分层设计，这里使用STM32cubemx来进行硬件的初始化，尽可能少考虑到硬件驱动的部分。

以一个智能小灯的作为例子：
功能

  • 按键控制小灯的亮度，等级为：0，1，2，3
  • 串口可以观察当前小灯亮度等级
  • OLED也可以观察当前小灯亮度等级

下面就是这个例子的一个简单的图示。
这和例子比较简单，业务逻辑层完全可以去除，直接从应用层调用功能模块层，加快开发进度。
在这里插入图片描述
最后附上一点点代码，就是关于LED如何进行在不同层进行封装

硬件层

首先看HAL库生成提供的代码，这个就是LED
硬件层，也就是GPIO层,cubemx已经生成了，在stm32f4xx_hal_gpio.c（我用的是F4），以及有相应的GPIO的驱动了，这里不需要我们进行处理。
在这里插入图片描述
硬件层驱动层
看LED部分的驱动：
也就是下面的这两个函数

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 \*/



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