面向接口的编程——平台技术、开关量信号

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、管理和处理数据。

由于AWorks 提供的所有组件均使用静态内存，不使用malloc()等动态内存分配函数，彻底避免了内存泄漏。且程序编译完成后，即可知道系统运行需要占用多大的内存。AWorks是轻量级的实时系统，所有组件对初始化都进行了优化，系统能以极短的时间启动，因此在绝大部分项目中，启动时间<1s。显然系统运行时的实时性，确定性得到了最大的保障。

2． AMetal 的特点

AMetal 是AWorks 的子集，它是以API 的形式提供的，但不依赖AWorks。即：

• 将外设操作标准化，无需再次开发上层软件、驱动；

• AMetal 作为AWorks 标准化的外设功能补充，可以直接调用；

• 可作为独立发布的软件包。

其特点为：

• 能独立运行的AMetal，提供工程模板与demo，在此基础上开发应用程序；

• 不依赖操作系统服务，将外设的所有特性开放出来；

• 封装时将效率和变化部分放在第一位，用户不看手册也能使用。

AMetal 在嵌入式软件开发中的位置详见图4.3，它位于底层硬件和上层软件之间，可以被应用程序与操作系统直接调用。AMetal 包括两部分，即AMetal API 和AMetal 组件。

图4.3 AMetal 在嵌入式软件开发中位置

AMetal API 重在抽象MCU 本身的功能部件，比如，GPIO、SPI、UART、I²C 等，程序员再也不用查看芯片手册就能编写外围器件驱动程序。AMetal 组件重在抽象外围扩展接口器件，比如，E²PROM、SPI NOR Flash、PCF85063 RTC、zigbee、BLE、键盘扫描与LED显示器电路等，程序员再也不用看原理图和编写外围器件驱动程序。

AMetal 提供的不仅仅是某个MCU 的软件包，而是一套接口规范，因此只要遵循AMetal 标准化接口函数规约，无论所用的MCU 是ARM还是DSP 或其它的内核，则应用软件均可实现复用。

如图4.4 所示的AMetal 框架分为硬件层、驱动层和标准接口层，上层软件根据需求调用合适的API 接口。三层都有对应的头文件和用户配置文件，供用户引用相应的接口。虽然各大半导体公司针对各自的MCU，提供了类似AMetal 这样的裸机API，但每个新的MCU，其API 的差异很大，因此很难做到复用应用软件。

图4.4 AMetal 框架

这里以GPIO 为例，给出相应的的文件结构图，详见图4.5，AMetal 其相应的文件有：HW 层文件、驱动层文件和用户配置文件。通常情况下，HW 层提供了直接操作硬件寄存器的接口，接口实现简洁，往往以内联函数的形式放在.h 文件中，因此，HW 层通常只包含.h文件，但当某些硬件功能设置较为复杂时，也会提供对应的非内联函数，存放在.c文件中。驱动层作为中间层，其使用HW 层接口，实现了标准接口层中定义的接口，以便用户使用标准API 访问GPIO。用户配置文件完成了相应驱动的配置，如引脚数目等。

图4.5 GPIO 文件结构

标准接口层对常见外设的操作进行了抽象，提出了一套标准API 接口，可以保证在不同的硬件上，标准API 的行为都是一样的。用户使用一个GPIO 的过程：先调用驱动初始化函数，后续在编写应用程序时仅需直接调用标准接口函数即可。可见，应用程序基于标准API 实现的，标准API 与硬件平台无关，使得应用程序可以轻松的在不同的硬件平台上运行。

4.2 开关量信号

>>>  4.2.1 I/O 输入输出

嵌入式系统的主要功能就是要实现对现实事件的监控，如同没有配置显示器、打印机或键盘的台式计算机一样，嵌入式系统必须具备输入输出（I/O）数字信号和模拟信号的能力。LPC824 系列MCU 可用的GPIO 数目，具体取决于芯片的封装类型，详见表4.1。

表4.1 GPIO 引脚

其特性为：

（1）每个GPIO 引脚均可通过软件配置为输入或输出；

（2）复位时所有GPIO引脚默认为输入；

（3）引脚中断寄存器允许单独设置；

（4）可以独立配置每个引脚的置高和置低。

当LPC824 系列MCU 的I/O 口作为数字功能时，可配置为上拉/下拉、开漏和迟滞模式。在输出模式下，无论配置为哪种模式，I/O 口都可输出高/低电平。在输入模式下，且引脚悬空时，I/O 口设置为不同模式时，其情况为：

（1）设置为高阻模式时，读取引脚的电平状态不确定；

（2）设置为上拉模式时，读取引脚的电平状态为高电平；

（3）设置为下拉模式时，读取引脚的电平状态为低电平；

（4）设置为中继模式时，如果引脚配