嵌入式软件分层框架的优劣
正文
前言
为了能够使得产品得到更好的开发速度与以后更好的迭代和移植，框架分层是很有必要的。但如对于中小型项目严格遵循这些原则，势必会消耗过多精力去思考怎么设计系统，这是一个抉择的过程。
一、框架分层是什么？
在嵌入式架构中：一般分为硬件架构与软件架构。这里是嵌入式软件设计，也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，但是框架分层的设计一般会遵循以下几点原则
每个模块提供的接口要统一，只能增加，不能改。在设计的时候得考虑好兼容性，使用起来麻烦不麻烦等等。
同一级模块与模块之间相互独立，互不影响，不能相互调用，只能调用它下一层的接口。
不同模块构成不同的层，层与层之间不能跨级调用。
模块中又可以继续分层，可以增减分层，这个需要根据自己的项目需求来进行设置。
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
让我们看看这个经典的图，简单了解一下框架分层。
从图中不难观察出，设计都是遵循设计的原则的，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一样，加快整个项目的开发进度。
高内聚：分层是把相同的职责放在同一个层中，所有业务逻辑内聚在领域层。在测试的时候，只需要测试该领域的层即可，一般不需要考虑其他层的问题。
低耦合：依赖关系非常简单，上层只能依赖于下层，没有循环依赖。
易维护：面对变更容易修改。在平台更改后，如果只是改了驱动，其他层都不需要动，只需要把驱动层给更改，其他层的功能不需要更改。
易复用：如果功能模块变动了，只需升级相应的功能模块，其他的模块不受影响，应用层也不受影响。
如果想要更好地利用这些优势，那得严格遵循设计的原则。
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，这样难免会增加开发成本。但是合理的抽象，根据自己的项目设置合理的层级是能降低开发成本的。
性能略低：业务流需要经过多层代码的处理，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到多层的修改。
有优势也有劣势，需要根据自己的项目需要，进行部分的取舍，如果是中小型项目，可以不需要分层（如果不考虑到以后会迭代的话），或者部分分层就够了，既能利用框架分层的部分优势，也能降低开发成本。
三、一个简单的例子
由于主要讨论的是软件框架的分层设计，这里使用stm32cubemx来进行硬件的初始化，尽可能少考虑到硬件驱动的部分。
以一个智能小灯的作为例子：
功能
按键控制小灯的亮度，等级为：0，1，2，3
串口可以观察当前小灯亮度等级
oled也可以观察当前小灯亮度等级
下面就是这个例子的一个简单的图示。
这和例子比较简单，业务逻辑层完全可以去除，直接从应用层调用功能模块层，加快开发进度。
最后附上一点点代码，就是关于led如何进行在不同层进行封装
硬件层
首先看hal库生成提供的代码，这个就是led硬件层，也就是gpio层,cubemx已经生成了，在stm32f4xx_hal_gpio.c（我用的是f4），以及有相应的gpio的驱动了，这里不需要我们进行处理。
硬件层驱动层
看led部分的驱动，也就是下面的这两个函数
void mx_tim1_init(void);void hal_tim_msppostinit(tim_handletypedef* timhandle);12/* 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 */ }}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889909192939495969798
对其进行封装，就是我们想要的led小灯的驱动了，到时候如果需要，改驱动直接改底层就行了。
void led_init(){ mx_tim1_init(); hal_tim_pwm_start(&htim1,tim_channel_2);//启动pwm}12345
功能模块层
根据上面的需求要求划分为四个不同等级，同时也需要对led驱动进行进一步封装，以便满足层与层之间不能跨级调用的原则（到这里是不是发现很麻烦！小项目就不要用啦！）
//arr计数器设置值为0~10000#define led_grade_0 0#define led_grade_1 3000#define led_grade_2 6000#define led_grade_3 10000//设置led亮度功能void led_set_brightness(int grade){ if(grade==led_grade_0) { __hal_tim_set_compare(&htim1, tim_channel_2, grade); hal_tim_pwm_stop(&htim1,tim_channel_2);//关闭pwm输出 } else { hal_tim_pwm_start(&htim1, tim_channel_2, grade); __hal_tim_set_compare(&htim1, tim_channel_2, grade); }}//启动led功能void led_start(){ led_init();}12345678910111213141516171819202122232425
业务逻辑层
这里仅仅以启动层为例：
void start_app(){ led_start();}1234
应用层
基本流程是：启动业务逻辑->读取业务逻辑->处理业务逻辑->显示业务逻辑。
四、总结
到这里,一个简单的例子也解释完毕了，通过led这个简单的例子，已经大概了解到这个设计的复杂了，如果是大型项目，运用起来会很爽，小型的话完全没必要这样分层，太麻烦了，严重减慢开发效率，时间都用在思考如何进行分层才能符合框架分层的原则。
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基于LM4730／4731的音频功率放大电路图
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在嵌入式架构中：一般分为硬件架构与软件架构。这里是嵌入式软件设计，也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，但是框架分层的设计一般会遵循以下几点原则
每个模块提供的接口要统一，只能增加，不能改。在设计的时候得考虑好兼容性，使用起来麻烦不麻烦等等。
同一级模块与模块之间相互独立，互不影响，不能相互调用，只能调用它下一层的接口。
不同模块构成不同的层，层与层之间不能跨级调用。
模块中又可以继续分层，可以增减分层，这个需要根据自己的项目需求来进行设置。
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
让我们看看这个经典的图，简单了解一下框架分层。
从图中不难观察出，设计都是遵循设计的原则的，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一样，加快整个项目的开发进度。
高内聚：分层是把相同的职责放在同一个层中，所有业务逻辑内聚在领域层。在测试的时候，只需要测试该领域的层即可，一般不需要考虑其他层的问题。
低耦合：依赖关系非常简单，上层只能依赖于下层，没有循环依赖。
易维护：面对变更容易修改。在平台更改后，如果只是改了驱动，其他层都不需要动，只需要把驱动层给更改，其他层的功能不需要更改。
易复用：如果功能模块变动了，只需升级相应的功能模块，其他的模块不受影响，应用层也不受影响。
如果想要更好地利用这些优势，那得严格遵循设计的原则。
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，这样难免会增加开发成本。但是合理的抽象，根据自己的项目设置合理的层级是能降低开发成本的。
性能略低：业务流需要经过多层代码的处理，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到多层的修改。
有优势也有劣势，需要根据自己的项目需要，进行部分的取舍，如果是中小型项目，可以不需要分层（如果不考虑到以后会迭代的话），或者部分分层就够了，既能利用框架分层的部分优势，也能降低开发成本。
三、一个简单的例子
由于主要讨论的是软件框架的分层设计，这里使用stm32cubemx来进行硬件的初始化，尽可能少考虑到硬件驱动的部分。
以一个智能小灯的作为例子：
功能
按键控制小灯的亮度，等级为：0，1，2，3
串口可以观察当前小灯亮度等级
oled也可以观察当前小灯亮度等级
下面就是这个例子的一个简单的图示。
这和例子比较简单，业务逻辑层完全可以去除，直接从应用层调用功能模块层，加快开发进度。
最后附上一点点代码，就是关于led如何进行在不同层进行封装
硬件层
首先看hal库生成提供的代码，这个就是led硬件层，也就是gpio层,cubemx已经生成了，在stm32f4xx_hal_gpio.c（我用的是f4），以及有相应的gpio的驱动了，这里不需要我们进行处理。
硬件层驱动层
看led部分的驱动，也就是下面的这两个函数
void mx_tim1_init(void);void hal_tim_msppostinit(tim_handletypedef* timhandle);12/* 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 */ }}1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889909192939495969798
对其进行封装，就是我们想要的led小灯的驱动了，到时候如果需要，改驱动直接改底层就行了。
void led_init(){ mx_tim1_init(); hal_tim_pwm_start(&htim1,tim_channel_2);//启动pwm}12345
功能模块层
根据上面的需求要求划分为四个不同等级，同时也需要对led驱动进行进一步封装，以便满足层与层之间不能跨级调用的原则（到这里是不是发现很麻烦！小项目就不要用啦！）
//arr计数器设置值为0~10000#define led_grade_0 0#define led_grade_1 3000#define led_grade_2 6000#define led_grade_3 10000//设置led亮度功能void led_set_brightness(int grade){ if(grade==led_grade_0) { __hal_tim_set_compare(&htim1, tim_channel_2, grade); hal_tim_pwm_stop(&htim1,tim_channel_2);//关闭pwm输出 } else { hal_tim_pwm_start(&htim1, tim_channel_2, grade); __hal_tim_set_compare(&htim1, tim_channel_2, grade); }}//启动led功能void led_start(){ led_init();}12345678910111213141516171819202122232425
业务逻辑层
这里仅仅以启动层为例：
void start_app(){ led_start();}1234
应用层
基本流程是：启动业务逻辑->读取业务逻辑->处理业务逻辑->显示业务逻辑。
四、总结
到这里,一个简单的例子也解释完毕了，通过led这个简单的例子，已经大概了解到这个设计的复杂了，如果是大型项目，运用起来会很爽，小型的话完全没必要这样分层，太麻烦了，严重减慢开发效率，时间都用在思考如何进行分层才能符合框架分层的原则。
关于PLC的五大功能你知道多少
GPS会不会是自动驾驶里最危险的技术
六种识别方式概述
液压冲击形成的原因_预防液压冲击的方法
挑选高低温试验箱的五大关键因素：让你轻松选择最适合的设备
嵌入式软件分层框架的优劣
苹果13电量多少毫安
制造业面临的网络安全挑战及解决方案
广电5G建设还面临哪些问题
中国首个天基物联网“行云工程”完成第一阶段建设任
基于LM4730／4731的音频功率放大电路图
电阻器的应用
曝微软正开发全新Win10商店 4核8线程的英特尔i3-1125G4笔记本上市
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