嵌入式项目分层架构

 

　　首先，嵌入式开发的核心就是芯片，它提供固定的片内资源共开发者使用。而且它具有一个很重要的特点就是，不随项目的需求变动而变动。所以应将其作为最底层，为上层提供基础支持。我们将其命名为 硬件抽象层（Hardware Abstract Layer）。　　

　　芯片有了当然还不够，通常我们会在片外扩展一些功能模块来满足具体的项目需求，例如：传感器、键盘、LCD屏等。这一层的特点是，随项目的变动而以模块为单位动态增减。这一层的运作需要芯片内部资源的支持，所以应处于硬件抽象层之上，并为上层调用。我们将其命名为 功能模块层（Functional Module Layer）。

　　OK，现在原材料都准备齐了：芯片+扩展模块，接下来就要开始真正的加工了：我们需要灵活调用之前两层所提供的接口，实现具体的项目需求。我们将其命名为 应用程序层（Application Layer）。

　　图文：

（1）硬件抽象层（HAL）

　　实现对片内资源 (如定时器、ADC、中断、I/O等) 的通用配置，隐藏具体的SFR操作细节（我相信哪些年直接操作寄存器的编程方式大家早就受够了），为上层提供简单清晰的调用接口。

（2）功能模块层（FML）

　　通过调用 HAL，实现项目中所涉及到的各片外功能模块，隐藏具体的模块操作细节，并为上层提供简单清晰的调用接口。

（3）应用程序层（APL）

　　通过调用 HAL 与 FML，实现最终的应用功能。

四、小试牛刀

　　OK，我们举一个具体的例子，来说明分层思想的运用。

　　在写作“Zigbee之旅”系列的某一篇博文时，笔者需要完成一个略带综合性的小实验“温度监测系统”，需求分析大概如下：

　 • CC2430节点实现对温度的定时采集，并可通过LED灯指示其采样频率 
　 • 节点将数据传送至PC端 
　 • 节点可以接收来自PC的控制指令，以调整采样速率和电源模式 
　 • 具备停机自动复位能力 
　 • 可进入睡眠状态，并可由按键唤醒

　　从上面的需求中我们可以看出，本实验的核心芯片为CC2430，需要的片外扩展模块为LED灯与按键，预期要达到具体项目需求即以上五点。　　

　　接下来，我们利用上面提到的分层理论小试牛刀，对“温度监测系统”这一实验的代码结构进行规划：

　　（1）应用程序层（APL）

　　　　　　[main.c] 引用 hal.h、ioCC2430.h 与 module.h，实现温度采集、与PC互通信、停机复位等具体的应用需求

　　（2）功能模块层（FML）

　　　　　　[module.h] 定义了一系列片外功能模块（LED、按键），以及一系列的相关函数的声明

　　　　　　[module.c] 引用 hal.h，实现各片外模块（LED、按键）的功能

　　（3）硬件抽象层（HAL）

　　　　　　[ioCC2430.h]（系统自带）：定义了CC2430的所有SFR 、中断向量　　　　

　　　　　　[hal.h] 包括常用类型定义、常用赋值宏、以及CC2430片上资源的配置（I/O、串口通讯、ADC、定时器、电源管理等）

　　（注：由于本实验所涉及的片外模块——LED与按键——的使用极其简单，所以笔者将其合并入了单个源文件。若遇到较复杂的模块，可以单独新建 .h 与 .c 文件来实现，如LCD.h、LCD.c）　　

　　经此设计，其优点逐渐浮出水面：

　 • 高效的开发速率：编完 HAL 层中的 hal.h 之后，我们就可以很方便地调用，而不必反复地去查询SFR的具体设置细则 
　 • 快速扩展：若需要加强系统功能，只需在 FML 层添加相应功能模块（即 .c 文件），并在 main.c 中调用即可 
　 • 较高的代码重用性：HAL 层所提供的SFR操作可供通用，而且该层几乎不用修改就可直接用于新的CC2430项目中 
　 • 较好的可维护性：项目代码结构清晰，HAL 与 FML 几乎不需要修改，只需修改 APL 即可