举例说明嵌入式框架该如何分层

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整理：技术让梦想更伟大 | 李肖遥

前言为了提升产品开发速度和未来迭代及移植的便利性，框架分层设计是必不可少的。然而，对于中小型项目严格遵循这些原则，可能会耗费过多精力在系统设计上，这是一个需要权衡的过程。

一、框架分层是什么？在嵌入式架构中，通常分为硬件架构与软件架构。这里主要讨论的是嵌入式软件设计，这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，但框架分层的设计通常遵循以下原则：

每个模块提供的接口必须统一，只能增加，不能修改。设计时需考虑兼容性和使用便利性。同级模块之间应相互独立，不能相互调用，只能调用下一层的接口。不同模块构成不同的层，层与层之间不能跨级调用。模块内部可以继续分层，根据项目需求增减分层。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

让我们通过一个经典的图示，简单了解一下框架分层的结构。

从图中可以看出，设计是遵循设计原则的，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同，加快整个项目的开发进度。高内聚：分层将相同职责放在同一层中，所有业务逻辑内聚在领域层。测试时，只需测试该领域的层，通常不需要考虑其他层的问题。低耦合：依赖关系简单，上层只能依赖下层，没有循环依赖。易维护：面对变更容易修改。在平台更改后，如果仅改了驱动，其他层无需修改，只需更改驱动层即可。易复用：如果功能模块变动，只需升级相应的功能模块，其他模块不受影响，应用层也不受影响。要充分利用这些优势，必须严格遵循设计原则。

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，这难免会增加开发成本。但合理的抽象和根据项目设置合理的层级可以降低开发成本。性能略低：业务流需要经过多层代码处理，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多层的修改。有优势也有劣势，需根据项目需求进行取舍。对于中小型项目，如果不考虑未来迭代，可以不分层或部分分层，既能利用框架分层的部分优势，又能降低开发成本。

三、一个简单的例子主要讨论的是软件框架的分层设计，这里使用STM32cubemx进行硬件初始化，尽可能少考虑硬件驱动部分。

以一个智能小灯为例：

功能

通过按键控制小灯的亮度，等级为：0，1，2，3通过串口观察当前小灯亮度等级通过OLED观察当前小灯亮度等级下面是这个例子的一个简单图示。

这个例子较为简单，业务逻辑层可以省略，直接从应用层调用功能模块层，加快开发进度。

最后附上一点关于LED如何在不同层进行封装的代码。

硬件层

首先查看HAL库生成的代码，这是LED硬件层，即GPIO层，cubemx已经生成，在stm32f4xx_hal_gpio.c（我使用的是F4）中，已有相应的GPIO驱动，这里不需要我们处理。

硬件层驱动层

查看LED部分的驱动，即下面的两个函数：

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 */  /* USER CODE END TIM1_MspPostInit 1 */  }}