面向设备编程-嵌入式微系统连载之六

　　System结构体封装了整个系统层，让App很容易基于System跨平台，那么System内部该如何组织?

　　ARM公司推荐嵌入式开发遵循CMSIS架构，用户应用程序可以调用实时内核(OS)、中间件等，也可以直接调用底层硬件基于CMSIS标准的函数接口，比如ST公司发布的STM32的硬件驱动LIB库，甚至直接访问最底层的寄存器。这种架构编程比较灵活，对于规模不大的嵌入式系统比较适合，但这样的一个架构分层还比较模糊，应用层几乎可以访问所有的系统层资源，比较任意。各种底层接口没有封装，规模一大很容易引起重名、相互调用，若更换处理器芯片，整个系统层都要重新设计，不便于移植。为了解决这些问题，需要引入新的概念：设备，基于设备把底层的硬件驱动函数按功能封装起来，这样可以把系统层内部理清、分层次、模块化、可移植。

　　设备这个词，我们是经常接触的，我们知道PC机的组成，就是由中央处理器、内存、硬盘、主板、电源、显示器等几样组成，这是物理上讲的，若从Windows操作系统角度看，我们可以看Windows的设备管理器。一台PC机在Windows XP的眼中由DVD驱动器、IDE控制器、处理器、磁盘驱动器、电池等等组成，每一个设备里面又细分为很多小设备。所以设备是Windows XP管理的基本对象。

　　在VS.Net架构的C#编程角度看，系统层System由各种功能子类组成，子类下面又分子类。应用层开发程序，就是面向System各种类开发即可，所以类是C#编程的基础单元。

　　无论设备还是类，它们都是表征一组具有相对完整功能的集合。比如一个人，由头、四肢、五脏六腑组成，这些部件都是相对完整的功能集，而头呢，又由大脑、眼睛、鼻子、耳朵等组成，它们的功能也是相对完整的。相对于类这个概念来说，嵌入式人员更容易接受设备这个名词，因为有很多实际的对应物存在，比如LCD、按键、存储器、串口、ADC、定时器、IO等等，都是具体的一个设备，它们有非常明确的功能定义，基本上各个项目都需要这些设备组合起来完成，只是不同的项目可能涉及的设备种类不同罢了，但基本上脱离不了这么几种。所以我们可以认为一个系统层System就是由不同的设备组成的，系统层内的中间件也是由设备来支持的，而设备则需要编写设备驱动代码，需要调用各种硬件驱动接口函数来实现，比如ST公司发布的STM32硬件驱动库来完成。

　　中低端嵌入式编程，因为资源比较紧张，为了节省资源，代码编写比较紧凑，所以长期以来应用层与系统底层是分不清的，这就导致经常一个人既要懂上层应用，又要懂底层驱动，对开发者的要求较高，这也增加了项目的开发难度。而现在高性能嵌入式芯片的出现，可以不再被资源约束，所以引入设备概念，让嵌入式编程真正意义上解决了一人打天下的尴尬局面，对于应用层开发人员来说，他们虽然不懂底层硬件驱动，但可以很容易理解设备这个功能接口，轻松完成项目需求，而对于底层驱动人员来说，一个个明确独立的设备，更有助于自己清晰的编写底层驱动，适合多人协助开发。所以msOS，可以认为是面向设备开发的架构。

　　每一个设备，都有一个对应的结构体封装，因为中低端嵌入式系统规模不大，为了方便应用查看，所以直接封装在System的Device里面。

　　只有在System的Device中的基础设备才可以被应用层访问、调用，而设备内的其它函数，都需要定义为Static类型，防止被外部调用。

　　一个设备驱动的代码编写一般的讲要分为五部分，以LCD设备为例：

　　1、 建立一个按键设备文件device_lcd.c。

　　2、 在device_lcd.c中编写lcd设备驱动代码，除了外部接口函数之外，其它的都需要定义为Static类型的静态函数，防止被外部函数调用。

　　3、 在SystemStruct的Device中添加Lcd设备结构体，内部包含接口函数指针。

　　4、 在Lcd设备初始化函数InitializeLcd中把Lcd设备的接口函数指针与Lcd设备的接口函数关联起来：System.Device.Lcd.DisplayString = LcdDisplayString;

　　5、 有些需要基于系统节拍运行的设备，比如按键、定时器设备，需要由系统节拍提供系统节拍服务程序：KeySystick100Service();TimerSystick1000Service();

　　引入设备概念，把系统层分为一个个相对独立的模块，内部的函数都通过Static封装了，只是保留了设备接口与外界联系，这样大大简化了系统的复杂度，调理更加清晰，可以支撑项目做的更大更强。封装之后的设备功能相对完整，独立性强，那么它是如何运转的呢?必须要有一套支撑设备运行的规范。

　　1、 设备一般分为两类，一类不需要系统节拍支撑它运行的，比如Lcd、IO等设备，它们由上层函数直接调用接口即可。还有一类需要由系统节拍设备支撑其运行的，比如按键和定时器设备，按键是基于每秒100次的按键扫描获取按键值，定时器是基于每秒1000次的系统节拍实现多路虚拟定时器。所以这一类设备，需要由系统节拍设备提供支持，它们的工作基于系统节拍之上运行，系统节拍设备是它们运行的基础。device_systick.c是系统节拍设备，它是相对比较特殊的基础设备。

　　2、 调用方式分为三种：上层与下层可以直接调用，下层对上层提供了两种方式，一是利用OS的消息机制实现信息上传，二是采用注册机制，实现类似处理器中断的方式，给上层提供信息。