[嵌入式]以面向对象思维写单片机程序

以面向对象思维写单片机程序

1. 以led控制为例

• 监测按键高低电平来控制led亮灭；

typedef struct LEDDevice{
    int group;
    int pin;
    void (*Init)(struct LEDDevice *pDev);
    void (*Control)(struct LEDDevice *pDev,int iStatus);
}LEDDevice,*PLEDDevice;

void MY_LED_Init(struct LEDDevice *pDev)
{
    GPIO_Init(PORTA, pin); /* 设置PORTA, pin引脚为输出引脚 */
}
void MY_LED_Control(struct LEDDevice *pDev,int iStatus)
{
    GPIO_Init_WritePin(...iStatus); /* 设置PORTA, pin引脚输出高低电平 */
}

static LEDDevice g_tLEDDev = {
    PORTA, pin, MY_LED_Init, MY_LED_Control,
}

int main(void)
{
    PLEDDevice pLEDDevice = &g_tEDDev;
    pLEDDevice->Init(&pLEDDevice);
    while(1)
    {
        if( /* 读取引脚电平 */)
        {
            pLEDDevice->Control(g_tEpLEDDeviceDDev,SET);
        }
    }
}

2. 怎样抽象出结构体

• 按键结构体抽象:但是这个结构体只支持按键输入，如果系统中输入还有鼠标、触摸屏怎么扩展？

typedef struct ButtonDevice{
    int group;
    int pin;
    void (*Init)(struct ButtonDevice *pDev);
    void (*GetStatus)(struct ButtonDevice *pDev);
}ButtonDevice,*PButtonDevice;

• 输入子系统
  • 按键输入：pin，按下/松开
  • 鼠标输入：xy位置，左键右键滚轮…
  • 触摸屏输入：xy位置，按下/松开

typedef enum
{
    INPUT_EVENT_TYPE_KEY,
    INPUT_EVENT_TYPE_MOUSE,
    INPUT_EVENT_TYPE_TOUCH,
}INPUT_EVENT_TYPE;

/* 主要包括该传感器可以获取到的数据 */
typedef struct InputEvent{
    INPUT_EVENT_TYPE eType;
    int iX;
    int iY;
    int iKey;
    int iPress;
    char str[INPUT_BUF_LEN]；
}InputEvent，*PInputEvent；

• 结构体设计：输入设备；

/* 主要包括对传感器在整个操作系统中的处理 */
typedef struct InputDevice{
    char *name;
    int (*GetInputEvent)(PInputEvent pInputEvent);
    int (*DeviceInit)(void);
    int (*DeviceExit)(void);
    struct InputEvent *pNext;
}InputDevice,*PInputDevice;

• 结构体设计：输入子系统产生的数据使用环形缓冲区保存；

#define BUFFER_SIZE 10

typedef struct InputEventBuffer{
    InputEvent buffer[BUFFER_SIZE];  /* 环形缓冲区 */
    volatile unsigned int pW;  /* 写地址 */
    volatile unsigned int pR;  /* 读地址 */
}InputEventBuffer，*PInputEventBuffer;

• 总结：
  • 面向对象的过程主要依靠结构体实现；
  • 结构体的设计需要经验的积累；
  • 结构体的内内容一般分为：属性（变量） + 操作（函数指针）；

3. 程序分层

• 单片机程序通过分层进行设计：
  1. 管理层：Operation；
  2. 具体设备层：InputDevice（GPIO_Key…）；
  3. 内核抽象层KAL(kernel abstract layer)：.Init（支持裸机、RTOS），eg：KAL_GPIO_Init；
  4. 芯片抽象层CAL(chip abstract layer)：

/*************1.管理层的实现****************/

/* 添加所有的设备 */
void AddInputDevices()
{
    AddInputDeviceGPIOKey();
}

/* 初始化所有的设备 */
void InitInputDevices(void)
{
    PInputDevice pDev = g_pInputDevices;

    while(pDev != NULL)
    {
        pDev->DeviceInit;
        pDev = pDev->pNext;
    }
}

/*************2.具体设备层的实现****************/
static GPIOKeyInit()
{
    KAL_GPIOKkeyInit();
    return 0;
}

static InputDevice g_tKeyDevice{
    "gpio_key", 
    NULL, 
    GPIOKeyInit;
    NULL;
}

/*************3.内核抽象层的实现****************/

/* 使用之前设计的InputDevice结构体 */

/* GPIOKeyInit实现 */
void KAL_GPIOKkeyInit()
{
#ifdef CONFIG_NOOS  /* 一般此类宏保存在<config.h>中 */
    CAL_GPIOKkeyInit(); /* 对于裸机：使用中断*/
#elif CONFIG_FREERTOS
    FreeRTOS_GPIOInit();  /* 使用RTOS*/
#endif
}

/*************4.芯片抽象层的实现****************/

void CAL_GPIOKkeyInit()
{
/* #if defined(CONFIG_ST_HAL)*/
#ifdef CONFIG_ST_HAL
    KEY_GPIO_Init();
#else
    /* 其它芯片厂商实现 */
    My_KEY_GPIO_Init();
#endif
}

4. 使用定时器进行消抖

• 传统的对于按键消抖常用使用软件延时，当判断到按下电平后比如20ms后电平依然保持在按下的电平；
• 新方法：当按键被按下记录时间time = T0，软件延时等待到T0+20ms，如果检测到新的按下电平，更新时间time = T1 + 20ms;

5. 显示设备的结构体抽象

• 显示屏->结构体->属性、功能
• cpu控制lcd方式
  1. CPU-IIC-LCD（可以在RAM中划分出一片区域，每次都通过IIC进行传输，实现“显存”）
  2. CPU-LCD：直接访问显存
  3. CPU-RAM-LCD Controller-LCD：间接访问显存

struct DisplayDevice{
    void FrameBuffer; 
    int iXres;
    int iYres;
    int iBpp;
    void (*Flush)(...);  /* 方式1使用，方式2、3自动刷入*/
    void (*Init)(...);
}

6. 单片机中全局变量

• 为什么不建议直接引用全局变量而使用函数
  1. 如果在函数中直接使用全局变量，如果对该变量进行修改，则需在所有调用该变量的函数中进行修改；使用函数则只在函数中进行修改；
  2. 多线程系统中，多个线程同时对一个变量进行修改，发生错误；使用函数可以在函数中关闭中断（不一定是关闭中断，可以使用操作系统中的原子操作），避免其它任务打断，实现线程安全；（可重入函数：多个线程同时调用不会出现问题/不可重入函数）
• 全局变量无法避免，建议使用通过函数进行访问；

__weak void HAL_IncTick(void)
{
    uwTick += uwTickFreq; /* uwTick是全局变量 */
}

7. 不声明就无法使用

• 对于变量是正确的：需要extern；
• 对于函数是错误的：全局函数可以直接调用；