嵌入式程序編寫可配置固件的5個(gè)小技巧

將新的嵌入式產(chǎn)品快速部署到市場(chǎng)中的一個(gè)策略是利用平臺(tái)。你或你的公司可能有一個(gè)產(chǎn)品路線圖來(lái)確定未來(lái)幾年將要發(fā)布的產(chǎn)品。由于客戶需要稍有不同的特性、配置和定制,開發(fā)一個(gè)OT產(chǎn)品是不實(shí)際的。相反,如果您創(chuàng)建了一個(gè)具有通用核心軟件的產(chǎn)品平臺(tái),可以擴(kuò)展和配置,那么您就可以大大降低成本和開發(fā)時(shí)間。讓我們來(lái)探索編寫可配置固件的五個(gè)技巧,我認(rèn)為這將極大地改進(jìn)您的軟件。

技巧1-從自上而下的方法入手

嵌入式軟件團(tuán)隊(duì)通常很難編寫可配置的軟件,因?yàn)樗麄兛紤]的是自下而上的方法。從硬件上接近軟件,將硬件放在設(shè)計(jì)中心,而不是應(yīng)用程序或用戶。結(jié)果通常是緊密耦合的代碼,并且?guī)缀鯖]有內(nèi)置的配置。這正是我們不希望看到的。

改變方法,從上到下思考嵌入式軟件可以改變一切。開發(fā)者將不得不考慮他們的客戶將如何使用這些產(chǎn)品。很多時(shí)候,通過不同客戶的眼光來(lái)觀察一個(gè)產(chǎn)品,就會(huì)立即確定需要配置的地方。一個(gè)客戶可能需要電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置A,而另一個(gè)需要電動(dòng)機(jī)設(shè)置B.在電動(dòng)機(jī)故障故障中,一個(gè)客戶可能希望LED為常亮上,而另一個(gè)客戶則希望它在5赫茲閃爍。

從頂部開始,與客戶一起工作,到硬件將提高軟件的可配置性。

技巧#2-利用配置文件

如果你從固件和微控制器行業(yè)的外部看,你會(huì)發(fā)現(xiàn)從事應(yīng)用程序的軟件開發(fā)人員使用配置文件來(lái)調(diào)整他們的軟件。配置文件可以幫助開發(fā)人員決定他們希望應(yīng)用程序在不同配置設(shè)置下的行為。顯然,配置文件為軟件提供了一定程度的定制,可以提高重用性,并可能降低總體成本。

固件開發(fā)人員可能在非易失性內(nèi)存中包含一些配置參數(shù),以允許自定義;然而,這些自定義只影響系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)行為。完全改變核心代碼行為的配置如何?

我經(jīng)常用來(lái)改進(jìn)嵌入式軟件的可配置性的一個(gè)有趣的技術(shù)是使用自動(dòng)生成代碼的配置文件。例如,我編寫了一個(gè)比頓工具包,它將在一個(gè)具有線程配置信息的YMAL文件中讀取,并生成被編譯到我的應(yīng)用程序中的C/C++代碼。如果客戶需要自定義特性,可以將新線程添加到配置中并自動(dòng)納入構(gòu)建中。這個(gè)想法可以超越線程應(yīng)用于產(chǎn)品的特定信息,如電機(jī)的數(shù)量,繼電器,存在或不存在的硬件等等。

入到生成器中,生成基于配置設(shè)置的源代碼。

技巧3-在代碼中創(chuàng)建配置表

在我的職業(yè)生涯的大部分時(shí)間里,我使用的一種編寫可配置代碼的技術(shù)是創(chuàng)建和使用配置表。配置表通常被定義為結(jié)構(gòu)的數(shù)組.例如,如果我想為數(shù)字輸入/輸出外圍創(chuàng)建一個(gè)配置表,我可能會(huì)根據(jù)所支持的特性定義一個(gè)類似于下列代碼的結(jié)構(gòu):

typedef struct

{

DioChannel_t Channel;

uint8_t Resistor;

uint8_t DriveStrength;

uint8_t PassiveFilter;

uint8_t Direction;

uint8_t State;

uint8_t Function;

}DioConfig_t;

上面的結(jié)構(gòu)定義了通常用于初始化DIA銷的特性。然后,我們可以創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)的數(shù)組,其中包含每個(gè)DOS銷的配置信息,比如:

static Dio_Config_t const Dio_Config[] =

{

// Name, Resister, Drive, Filer, Dir, State, Function

{PORTA_1, DISABLED, HIGH, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_GPIO},

{PORTA_2, DISABLED, HIGH, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_GPIO},

{SWD_DIO, PULLUP, LOW, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_MUX7},

{PORTA_4, DISABLED, HIGH, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_GPIO},

{PORTA_5, DISABLED, HIGH, DISABLED, INPUT, HIGH, FCN_GPIO},

{PORTA_6, DISABLED, HIGH, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_GPIO},

{PORTA_7, DISABLED, HIGH, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_GPIO},

{PORTA_8, DISABLED, HIGH, DISABLED, OUTPUT, HIGH, FCN_GPIO},

};

您會(huì)喜歡這些配置表,原因有幾個(gè):

· 它們是人類可讀的,對(duì)代碼評(píng)審很有幫助

· 它們可以通過讀取YMAL、JSON等文件的腳本生成

· 如果需要,可以由人手工編輯

· 通過在數(shù)組上循環(huán)簡(jiǎn)化初始化代碼

· 它是可移植、可重用和可伸縮的

· 它們可以用于硬件和軟件配置

技巧4-使用抽象層

對(duì)于許多固件,您可能注意到的一個(gè)問題是它與硬件緊密耦合。固件開發(fā)人員經(jīng)常將他們的應(yīng)用程序代碼直接綁定到硬件上,這使得固件的移植和重用變得困難。正如您在芯片短缺期間可能學(xué)到的,如果您需要重新配置應(yīng)用程序以使用一個(gè)新的芯片,那么回去重做所有這些代碼將是一場(chǎng)噩夢(mèng)。您需要能夠很容易地配置您的應(yīng)用程序來(lái)使用任何硬件。

一種解決方案是使用抽象層。抽象層為訪問驅(qū)動(dòng)程序必須堅(jiān)持的硬件創(chuàng)建一個(gè)接口。應(yīng)用程序代碼調(diào)用抽象。這個(gè)概念被稱為依賴倒置原理,它是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)原理的一部分。通過使用硬件和應(yīng)用程序代碼之間的接口,您可以顛倒依賴關(guān)系來(lái)打破硬件/應(yīng)用程序依賴關(guān)系,并使軟件和硬件更易于配置。

技巧5-多態(tài)性

如果您是一個(gè)C程序員,您可能會(huì)認(rèn)為多態(tài)性是一個(gè)壞詞或在C中不存在的東西。在這兩種情況下,你都是錯(cuò)誤的。多態(tài)性是一種強(qiáng)大的技術(shù),允許我們?cè)诰幾g時(shí)(靜態(tài)多態(tài)性)或運(yùn)行時(shí)(動(dòng)態(tài)多態(tài)性)配置我們的應(yīng)用程序行為。多態(tài)性允許單個(gè)接口表示不同類型的對(duì)象。

例如,假設(shè)你的產(chǎn)品閃爍著LED。LED可以通過DOC端口連接到硬件,可以連接到PBM通道,也可以連接到SPI或I2C上的外部I/O擴(kuò)展器,等等。根據(jù)硬件版本或客戶需求,可能會(huì)改變LED的連接方式。雖然這似乎是一個(gè)令人討厭的配置問題,但是開發(fā)人員可以使用多態(tài)性來(lái)編寫不在乎LED如何連接的應(yīng)用程序代碼。多態(tài)性可以提高可配置性,以及可重用性和靈活性。

結(jié)論

今天的嵌入式產(chǎn)品不再是未來(lái)幾年制造的一次性產(chǎn)品。技術(shù)的創(chuàng)新和變化是指數(shù)級(jí)的,團(tuán)隊(duì)需要開發(fā)可重用的平臺(tái)代碼,以便在未來(lái)幾年推出許多產(chǎn)品。為了滿足這一需求,您必須在固件中采用可配置性。在某些情況下,可配置固件將增加復(fù)雜性和啟動(dòng)成本,從內(nèi)存和性能的角度來(lái)看,可能甚至效率更低。然而,可配置性將給予企業(yè)開發(fā)嵌入式產(chǎn)品的靈活性和可伸縮性,以應(yīng)對(duì)未來(lái)客戶的挑戰(zhàn)。