面向接口的编程——平台技术、开关量信号

周立功教授新书《面向AMetal框架与接口的编程（上）》，对AMetal框架进行了详细介绍，通过阅读这本书，你可以学到高度复用的软件设计原则和面向接口编程的开发思想，聚焦自己的"核心域"，改变自己的编程思维，实现企业和个人的共同进步。经周立功教授授权，即日起，致远电子公众号将对该书内容进行连载，愿共勉之。

第四章为面向接口的编程，本文内容包括：4.1 平台技术、4.2 开关量信号。

本章导读：

在结构化程序设计中，由于高层模块依赖底层模块，通常一个变化会引出另外的问题发生改变，则变化的代价就会急剧上升。所以在引入接口时，一个重要的经济考量是软件的不可预测性，因为需求和技术都在以不可预测的方式变化，其目的就是为了降低依赖。

4.1 平台技术

>>>  4.1.1 创新的窘境

虽然嵌入式系统和通用计算机系统同源，由于应用领域和研发人员的不同，嵌入式系统很早就走向了相对独立的发展道路。通用计算机软件帮助人们解决了各种繁杂的问题，随着需求的提升，所面临的问题越来越复杂，软件领域的大师们对这些问题进行了深入研究和实践，于是诞生了科学的软件工程理论，无需多言通用计算机软件的发展是我们有目共睹的。

再回过头来看嵌入式系统的发展，其需求相对来说较为简单，比如，通过热电阻传感器测温、上下限报警与继电器的动作，因此嵌入式系统的应用开发似乎没有必要使用复杂的软件工程方法，于是通用计算机系统和嵌入式系统走上了不同的发展道路。

当嵌入式系统发展到今天，所面对的问题也日益变得复杂起来，而编程模式却没有多大的进步，这就是所面临的困境。相信大家都或多或少地感觉到了，嵌入式系统行业的环境已经开始发生了根本的改变，智能硬件和工业互联网等都让人始料不及，危机感油然而生。

尽管企业投入巨资不遗余力地组建了庞大的开发团队，当产品开发完成后，从原材料BOM 与制造成本角度来看，毛利还算不错。当扣除研发投入和合理的营销成本后，企业的利润所剩无几，即便这样员工依然还是感到不满意，这就是传统企业管理者的窘境。

虽然ZLG 投入了大量的人力资源，但重复劳动所造成的损耗以亿元计。上千种MCU，由于缺乏平台化的技术，即便相同的外围器件，几乎都要重新编写相应的代码和文档并进行测试，所有的应用软件很难做到完美地复用。

在开发同一系列高中低三个层次的产品时，通常会遇到这样的问题，主芯片可能使用ARM9、双核A9 和DSP，其操作系统分别为μC/OS-II、Linux 和SysBIOS。不仅驱动代码不兼容，而且应用层代码也不一样，显然浪费在这上面的开销是不可想象的。

>>>  4.1.2 AWorks

在MCU 产业快速发展的今天，不同的MCU 外设的差异千差万别。AWorks 对同一类外设进行了抽象，并设计了相应的标准接口与对应的中间层，使得不同厂商、型号的MCU 外设都能以标准的接口操作。

对于上层操作系统而言，对各个外设都需要编写驱动。在编写特定操作系统下的驱动时，必须熟悉特定的驱动平台与操作系统调用，以至于程序员不得不花费大量的时间学习与此相关的知识。对于同一个外设而言，如果要支持多个操作系统，则需要编写多个驱动，其实驱动底层对硬件的操作是有相通之处的，AWorks 的出现便是解决这里提到的问题。

1． AWorks 的特点

如图4.1 所示是AWorks 的标识符，这是ZLG 经过十多年时间积累开发的IoT 物联网生态系统，成功地应用到ZLG 的示波器、功率计、功率分析仪、电压监测仪、电能质量分析仪、数据记录仪与工业通讯等系列高性能仪器和工业IoT 产品中。

图4.1 AWorks

虽然AWorks 内嵌了操作系统，但AWorks 中的操作系统如同一个驱动代码一样，仅仅是一个可以根据需要任意更换的组件。操作系统适配器直接驻留在操作系统接口之上，主要用于屏蔽各类操作系统和硬件接口的差异，从而增强了AWorks 的可移植性和可维护性，详见图4.2。

图4.2 AMetal 与AWorks 的关系

AWorks 的核心是制定了统一的接口规范，可以"按需定制"提供各种各样的高质量组件，以及图形化配置工具，则开发者无需关心与MCU、外围器件、OS有关的技术细节。如果要对底层硬件外设进行操作，也可以直接调用底层接口。

其目的是不依赖于具体的底层硬件，实现"一次编程、终生使用"和"跨平台"，通过高度复用应用软件组件，从而将程序员从苦海中释放出来，使之聚焦于更有竞争力的需求分析、算法和用户体验等业务逻辑上。行业合作伙伴可以在该平台上开发各种应用，通过有线接入和无线接入收集、管理