C语言嵌入式系统编程之软件架构篇

几个消息就喊着要OS杀死它的WIN32程序，不需要一个刚开始RUN就自行了断的嵌入式系统，不需要莫名其妙启动一个做一点事就干掉自己的线程。有时候，过于严谨制造的不是便利而是麻烦。君不见，五层的TCP/IP协议栈超越严谨的ISO/OSI

OSI是一个开放性的通行系统互连参考模型，他是一个定义的非常好的协议规范。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。

七层协议栈大行其道成为事实上的标准？

经常有网友讨论：

printf（“%d，%d”，++i，i++）; /* 输出是什么？*/

c = a+++b; /* c=？ */

等类似问题。面对这些问题，我们只能发出由衷的感慨：世界上还有很多有意义的事情等着我们去消化摄入的食物。

实际上，嵌入式系统要运行到世界末日。

　　中断服务程序

中断是嵌入式系统中重要的组成部分，但是在标准C中不包含中断。许多编译开发商在标准C上增加了对中断的支持，提供新的关键字用于标示中断服务程序（ISR），类似于__interrupt、#program interrupt等。当一个函数被定义为ISR的时候，编译器会自动为该函数增加中断服务程序所需要的中断现场入栈和出栈代码。

中断服务程序需要满足如下要求：

（1）不能返回值；

（2）不能向ISR传递参数；

（3） ISR应该尽可能的短小精悍；

（4） printf（char * lpFormatString，…）函数会带来重入和性能问题，不能在ISR中采用。

在某项目的开发中，我们设计了一个队列，在中断服务程序中，只是将中断类型添加入该队列中，在主程序的死循环中不断扫描中断队列是否有中断，有则取出队列中的第一个中断类型，进行相应处理。

/* 存放中断的队列 */

typedef struct tagIntQueue

{

int intType; /* 中断类型 */

struct tagIntQueue *next;

}IntQueue;

IntQueue lpIntQueueHead;

__interrupt ISRexample （）

{

int intType;

intType = GetSystemType（）;

QueueAddTail（lpIntQueueHead， intType）；/* 在队列尾加入新的中断 */

}

在主程序循环中判断是否有中断：

While（1）

{

If（ ！IsIntQueueEmpty（） ）

{

intType = GetFirstInt（）;

switch（intType） /* 是不是很象WIN32程序的消息解析函数？ */

{

/* 对，我们的中断类型解析很类似于消息驱动 */

case xxx： /* 我们称其为“中断驱动”吧？ */

…

break;

case xxx：

…

break;

…

}

}

}

按上述方法设计的中断服务程序很小，实际的工作都交由主程序执行了。

　　硬件驱动模块

一个硬件驱动模块通常应包括如下函数：

（1）中断服务程序ISR

（2）硬件初始化

a.修改寄存器，设置硬件参数（如UART应设置其波特率，AD/DA设备应设置其采样速率等）；

b.将中断服务程序入口地址写入中断向量表：

/* 设置中断向量表 */

m_myPtr = make_far_pointer（0l）; /* 返回void far型指针void far * */

m_myPtr += ITYPE_UART; /* ITYPE_UART： uart中断服务程序 */

/* 相对于中断向量表首地址的偏移 */

*m_myPtr = UART _Isr; /* UART _Isr：UART的中断服务程序 */

（3）设置CPU针对该硬件的控制线

a.如果控制线可作PIO（可编程I/O）和控制信号用，则设置CPU内部对应寄存器使其作为控制信号；

b.设置CPU内部的针对该设备的中断屏蔽位，设置中断方式（电平触发还是边缘触发）。

（4）提供一系列针对该设备的操作接口函数。例如，对于LCD，其驱动模块应提供绘制像素、画线、绘制矩阵、显示字符点阵等函数；而对于实时钟，其驱动模块则需提供获取时间、设置时间等函数。

　　C的面向对象化

在面向对象的语言里面，出现了类的概念。类是对特定数据的特定操作的集合体。类包含了两个范畴：数据和操作。而C语言中的struct仅仅是数据的集合，我们可以利用函数指针将struct模拟为一个包含数据和操作的“类”。下面的C程序模拟了一个最简单的“类”：

#ifndef C_Class

#define C_Class struct

#endif

C_Class A

{

C_Class A *A_this; /* this指针 */

void （*Foo）（C_Class A *A_this）; /* 行为：函数指针 */

int a; /* 数据 */

int b;

};

我们可以利用C语言模拟出面向对象的三个特性：封装、继承和多态，但是更多的时候，我们只是需要将数据与行为封装以解决软件结构混乱的问题。C模拟面向对象思想的目的不在于模拟行为本身，而在于解决某些情况下使用C语言编程时程序整体框架结构分散、数据和函数脱节的问题。我们在后续章节会看到这样的例子。

　　总结

本篇介绍了嵌入式系统编程软件架构方面的知识，主要包括模块划分、多任务还是单任务选娶单任务程序典型架构、中断服务程序、硬件驱动模块设计等，从宏观上给出了一个嵌入式系统软件所