C语言编程代码架构搭建——代码分层

底层驱动
初始化配置表

硬件抽象层
对GPIO抽象化

中间交换层
接收缓存区设置

变量标志位

系统任务调用层
基本检测事件任务

软件协议处理任务

硬件控制处理任务

DEBUG调试模式
像Linux一样打印系统运行时间

编程代码前遵循结构设计，大体分为三部分，底层驱动，硬件抽象层，系统任务调用层，程序设计按照这部分来进行设计。

底层驱动

底层驱动是对应相应的MCU而制定的，与MCU的库函数，开发环境搭建有关，底层驱动是将项目所需要的功能进行一系列的初始化，并将基础的功能封装成一个个函数供顶层任务层调用。以STM32为例，底层驱动设计框架如下图所示。

初始化配置表

配置表的设置需要根据项目的需求而添加，例如系统初始化WiFi模块时需要配置IP地址，RTC时间初始化需要给定一个具体时间等，这些可以通过写一个初始化配置表，在初始化驱动的时候将里面的值传进驱动的代码中。例如

//网络配置表
struct Network_status Dev_Network_status = {
.u8gateway          = "192.168.1.1",
.u8DevIP_addr       = "192.168.1.101",
.u8Target_host_addr = "192.168.1.100",
.u32port                = 9090,
.u8net_mask         = "255.255.255.0",
};

//RTC时间配置表
struct RTC_Timer Dev_RTC_Timer_config = {
.u32Year           = 2016,
.u32Month          = 7,
.u32Day            = 15,
.u32Hour           = 23,
.u32Minute         = 45,
.u32Second         = 30,
.u32DayOfWeek      = RTC_SATURDAY,
.u32TimeScale      = RTC_CLOCK_24,
};

硬件抽象层

硬件抽象层将任务与底层驱动区分开来，将硬件驱动功能抽象化

对GPIO抽象化

在底层，GPIO模块子程序中将GPIO管脚配置的函数赋值给probe结构体，然后调用硬件抽象层获取函数，使得硬件抽象层获得驱动信息。

底层GPIO.c部分代码。

static void Dev_GPIO_Set_Value(const uint8_t Lock_number,const uint8_t value);

static uint8_t Dev_GPIO_Detect_Value(const uint8_t Lock_number);

void Dev_GPIO_probe(void *PGPIO_struct)
{
…………………………………………………..
PGPIO_info->GPIO_Set_Value = Dev_GPIO_Set_Value;    //底层驱动接口
PGPIO_info->GPIO_Detect_Value = Dev_GPIO_Detect_Value;

Get_Dev_gpio_info(PGPIO_info);                      //硬件抽象层获取底层驱动资源配置
………………………………………………
}

硬件抽象层将获取的资源封装在函数里面供系统任务调用

硬件抽象层System_Hardware.c部分代码

static struct GPIO_data *PDirver_to_GPIO_data = NULL;

void Get_Dev_gpio_info(void *PDev_gpio_info)            //获取底层驱动资源函数
{
PDirver_to_GPIO_data = (struct GPIO_data *)PDev_gpio_info;
}

void gpio_set_value(const uint8_t gpio,const uint8_t value)     //任务调用层调用函数

{
PDirver_to_GPIO_data->GPIO_Set_Value(gpio,value);
}

uint8_t gpio_get_value(const uint8_t gpio)
{
return PDirver_to_GPIO_data->GPIO_Detect_Value(gpio);
}

中间交换层

仿照Linux的模块风格，在硬件抽象层设置变量，通过这些变量进行底层与任务之间的信息交换。 交换层不设置全局变量，对变量的访问只能通过硬件抽象层提供的API进行访问。

接收缓存区设置

数据接收在交换层里面设置，处理数据信息只在驱动层处理，由相应的驱动设备处理接收到的信息，并将信息保存进缓存区的接收数据中，等待顶层任务调用来处理信息。

uint8_t             Receive_Uart[100];
uint8_t             Receive_SPI[100];

变量标志位

标志位记录着系统的运行状态，顶层任务都是通过这个标志位来进行判断处理。标志位的基本写法如下

struct Basic_info {
uint8_t    Protocol_status;
uint8_t    SPI_ready;
uint8_t    I2C_ready;
};

系统任务调用层

顶层的任务调度是系统运行起来的基本功能集合，来实现整个系统的功能，任务基本分为四个部分。顶层的任务调度采用FreeRTOS系统进行轮询的调度，没有涉及到优先级强占的问题。

基本检测事件任务

该任务采用轮询的方式进行扫描，查询系统标志位的状态。任务的基本涉及如下

static void Basic_Detection_task(void)
{
portTickType xLastExecutionTime;
LastExecutionTime = xTaskGetTickCount();

while(1)
{
Scanning_System_Status()

vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime,
(( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
}
}

软件协议处理任务

任务在一开始就处于挂起状态，激活该任务由系统基本检测事件任务判断的标志位激活。

static void Software_processing_tasks(void *pvParameters)
{
portTickType xLastExecutionTime;
xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();

while(1)
{
vTaskSuspend( NULL );

Protocol_decoding(&Dev_Config_Message);
Keybad_control(&Dev_key_config);

vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime,
(( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));

}
}

硬件控制处理任务

该任务有唯一操作硬件的功能，访问和调用底层驱动API来具体实现硬件的功能，所有有关硬件的操作都包含在里面，该任务一开始也是出于挂起状态，由软件协议处理任务来激活调度，通过更新处理结果的标志位，让硬件控制任务来处理相应的命令

static void Hardware_control_tasks( void *pvParameters )
{

portTickType xLastExecutionTime;
xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();

while(1)
{
vTaskSuspend( NULL );

Hardware_setup_function();

vTaskDelayUntil(&xLastExecutionTime,
(( portTickType ) 1 / portTICK_RATE_MS));
}
}

DEBUG调试模式

在模块内适当的地方加载打印，但打印需要从新定义printf函数。在调试模式下，如果函数中有很多printf打印，编译出来的镜像会很大，但实际上调试完毕后就不需要输出这些打印。所以重新定义printf关键字以至于可以统一打开和关闭，关闭后会将代码中所有的printf删除，编译出来的镜像会小很多。节省空间重定义printf函数的实例为：

#if (DEBUG == 1)
#define     Dev_DBG(format...)  printf(format)
#else
#define     Dev_DBG (format...)     do { } while (0)
#endif

像Linux一样打印系统运行时间

在嵌入式Linux内核运行起来后，每个打印的前面会有一个时间戳，可以方便地看各个任务以及模块运行的时间间隔，在嵌入式C语言中可以将printf修改，与定时器结合，为调试添加时间戳。

设定一个全局变量

extern uint32 u32System_time;

假设设定定时器中断时间为1ms，在定时器中断服务函数里面添加

u32System_time++;

在相应的头文件里面添加宏定义

#define OPEN_DEV_DBG                    1
#if (OPEN_DEV_DBG == 1)
#define DEV_DBG(format,...) printf("[ %d.%03d ] "format, \
(u32System_time)/1000,(u32System_time)%1000, \
##__VA_ARGS__)
#else
#define DEV_DBG(format,...) do { } while (0)
#endif

在多任务的地方添加如下打印：DEV_DBG(“1000 ms is called once\r\n”);

在多任务里面测试时间戳效果如下

[ 0.208 ] 200 ms is called once
[ 0.408 ] 200 ms is called once
[ 0.506 ] 500 ms is called once
[ 0.608 ] 200 ms is called once
[ 0.703 ] 700 ms is called once
[ 0.808 ] 200 ms is called once
[ 1.000 ] 1000 ms is called once
[ 1.006 ] 500 ms is called once
[ 1.009 ] 200 ms is called once
[ 1.208 ] 200 ms is called once
[ 1.403 ] 700 ms is called once
[ 1.408 ] 200 ms is called once
[ 1.506 ] 500 ms is called once
[ 1.608 ] 200 ms is called once
[ 1.808 ] 200 ms is called once
[ 2.000 ] 1000 ms is called once
[ 2.006 ] 500 ms is called once
[ 2.009 ] 200 ms is called once
[ 2.103 ] 700 ms is called once
[ 2.208 ] 200 ms is called once