MCU軟件工程師如何改變些沒(méi)有軟件設(shè)計(jì)思想？

今天分享的文章，主要給那些沒(méi)有軟件設(shè)計(jì)思想的MCU軟件工程師看的！隨著目前MCU的各方面性能顯著提升，一些以MCU為控制中心的嵌入式系統(tǒng)也是越來(lái)越復(fù)雜，毫無(wú)軟件設(shè)計(jì)理念的代碼真的是拖累單片機(jī)，所以對(duì)每個(gè)MCU軟件工程師在軟件設(shè)計(jì)等方面的要求也將越來(lái)越高！

這里利用一個(gè)實(shí)際發(fā)生的例子，對(duì)入行的初級(jí)軟件工程師提一些軟件設(shè)計(jì)上的建議，并分享了一些經(jīng)常走的彎路，希望可以幫到大家。這篇文章我沒(méi)有談編程的規(guī)范性的東西，如果你想讓自己的程序文件代碼更加直觀、看起來(lái)美觀、可讀性強(qiáng)，推薦學(xué)習(xí)一下全面的編程規(guī)范，比如網(wǎng)絡(luò)上廣為流傳的，華為“C語(yǔ)言編程規(guī)范”。本文主要想說(shuō)一說(shuō)當(dāng)我們的單片機(jī)遇到多個(gè)模塊的數(shù)據(jù)需要處理，類(lèi)似于“多任務(wù)”時(shí)應(yīng)該怎么去思考和處理？背景是這樣的，9月份開(kāi)始安排一個(gè)工程師開(kāi)始做電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁，機(jī)械設(shè)計(jì)部分由公司機(jī)械結(jié)構(gòu)部門(mén)負(fù)責(zé)。充電樁的電子部分總體上分為X個(gè)部分（用到的資源）： 電阻觸摸屏（RS232），M1卡讀寫(xiě)（RS232），電能計(jì)量表（RS485），語(yǔ)音提示（SPI），電力開(kāi)關(guān)（繼電器IO），通訊接口（RS485、CAN）。

工程師做的過(guò)程非常勤奮，期間也是困難重重，改了很多個(gè)版本，很多的bug，總算第二年6月把充電樁立起來(lái)了。當(dāng)然此過(guò)程我并沒(méi)有過(guò)多的干涉，系統(tǒng)也沒(méi)有經(jīng)過(guò)非常嚴(yán)格的測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)讀卡的時(shí)候不能處理觸摸屏，播放語(yǔ)音的時(shí)候不能處理讀卡，語(yǔ)音播放不能打斷或者跳躍，反正就是所有事件必須一個(gè)一個(gè)按部就班的來(lái)，一旦操作錯(cuò)誤就需要多次執(zhí)行、等待、甚至重新來(lái)過(guò)。一個(gè)工作3年多的工程師怎么會(huì)把產(chǎn)品做成這樣呢？思來(lái)想去不應(yīng)該呀，是不是程序哪里出了問(wèn)題 ？ 解決問(wèn)題的最好辦法就是評(píng)審代碼，來(lái)review代碼瞧瞧。不看不知道，一看嚇一跳！整個(gè)的程序是沒(méi)有邏輯的，一條線就往下寫(xiě)，這不正是當(dāng)年在學(xué)校剛做第一個(gè)項(xiàng)目的代碼嗎 ？ ……

//主循環(huán)

while（1）

{

//上電進(jìn)入主程序 或 觸發(fā)觸摸屏

Function1（）;//播放提示語(yǔ)音

Delay（）;//等待播放完畢

//讀取M1卡信息

Function2（）;

Delay（）;//等待讀卡數(shù)據(jù)返回

//播放提示語(yǔ)音

Function3（）;

Delay（）;//等待播放完畢

//M1卡數(shù)據(jù)交互，判定下一步操作及提示

Function4（）;

Delay（）;//等待數(shù)據(jù)處理完畢

……

……

}

從代碼上可以看出這個(gè)工程師基本上對(duì)于自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品沒(méi)有任何軟件上的設(shè)計(jì)可言，也很少去吸收一些優(yōu)秀的代碼和思想，對(duì)自己開(kāi)發(fā)的程序在產(chǎn)品上的具體表現(xiàn)也不敏感，更被說(shuō)對(duì)RTOS的學(xué)習(xí)和理解了。

他犯了幾個(gè)我們?cè)诔绦蜷_(kāi)發(fā)過(guò)程中幾個(gè)忌諱的問(wèn)題：

1、 delay（死等）這類(lèi)函數(shù)應(yīng)該只在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證某個(gè)功能過(guò)程中用到，或許是在一些初始化時(shí)序使用到，而不會(huì)用來(lái)控制整個(gè)的程序運(yùn)行架構(gòu)，在實(shí)際的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)無(wú)論是主循環(huán)while中，還是其調(diào)用的函數(shù)中，亦或是中斷服務(wù)程序中幾乎是不可能看到的。

2、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立的子模塊之間的邏輯關(guān)系太強(qiáng)，例如：必須等待播音完畢才能讀卡進(jìn)入下一步操作等。我們講，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中只有各個(gè)事件處理模塊間的邏輯關(guān)系弱化，才能更加靈活的進(jìn)行處理。例如：兩個(gè)事件A和B，如果程序開(kāi)發(fā)時(shí)將A做成B事件的必要條件，B事件的觸發(fā)就必須等待A事件的發(fā)生。反之如果A事件作為B事件處理的一個(gè)特殊情況，也就是說(shuō)我不執(zhí)行A也有可能執(zhí)行B，那么程序開(kāi)發(fā)起來(lái)就變得靈活很多。

3、 沒(méi)有考慮到單片機(jī)本身是一個(gè)單核單任務(wù)的架構(gòu)，每一個(gè)事件都會(huì)獨(dú)占CPU內(nèi)核，當(dāng)多個(gè)任務(wù)模塊同時(shí)存在時(shí)我們應(yīng)該對(duì)各個(gè)事件進(jìn)行區(qū)分，我們應(yīng)當(dāng)分情況、分事件實(shí)時(shí)性要求等區(qū)分對(duì)待。

那么針對(duì)于這樣的問(wèn)題，或者是遇到類(lèi)似的項(xiàng)目我們應(yīng)該如何處理呢？這里提一下我的建議和想法，首先他這里是裸機(jī)開(kāi)發(fā)，所以就不談RTOS方面的設(shè)計(jì)建議了，僅僅只是針對(duì)前后臺(tái)架構(gòu)。

1、將硬件系統(tǒng)區(qū)分為獨(dú)立單元單獨(dú)做成底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)和應(yīng)用函數(shù)，并且函數(shù)正常應(yīng)該有參數(shù)和返回值，其中返回值是必要的。如何衡量這類(lèi)函數(shù)呢？這類(lèi)函數(shù)可移植性強(qiáng)，只要一個(gè).h文件和一個(gè)或多個(gè).c文件就可以隨意放到任何工程中，一句話吧，模塊化！例如：語(yǔ)音播放、M1讀卡、485處理等等。

2、將1中的所有函數(shù)進(jìn)行時(shí)間評(píng)估，評(píng)估點(diǎn)有兩個(gè)。一個(gè)是函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間t，第二個(gè)是函數(shù)的周期性發(fā)生的時(shí)間T，一個(gè)最基本的條件是t 《 T，理想情況應(yīng)該是t 《《 T。

3、建立一個(gè)集中邏輯處理函數(shù)，也就是核心任務(wù)調(diào)度處理函數(shù)，在這個(gè)函數(shù)中對(duì)1中的各個(gè)函數(shù)進(jìn)行調(diào)度。這個(gè)函數(shù)發(fā)揮的作用相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)中的系統(tǒng)調(diào)度。這種調(diào)度是整個(gè)硬件邏輯中所有事件處理的調(diào)度，它的目的是完成一個(gè)處理過(guò)程，但是絕不依賴(lài)于任意事件的必要處理過(guò)程。這樣就將問(wèn)題2中提到的事件間的邏輯關(guān)系弱化了，處理起來(lái)變得十分靈活，使得各個(gè)關(guān)系不在相互必要。bug菌記得有一本書(shū)籍叫《時(shí)間觸發(fā)型調(diào)度系統(tǒng)》，大伙可以看看，大體思想與這里的觀點(diǎn)差不多！

4、為了保證前面內(nèi)容的正常實(shí)施還需要針對(duì)各類(lèi)事件的周期，建立一個(gè)必要的時(shí)間管理函數(shù)，時(shí)間函數(shù)的基礎(chǔ)一般情況下由一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器的中斷來(lái)完成，中斷的周期一般我們考慮5-10ms。按照實(shí)際需求將N個(gè)定時(shí)器中斷定義為一個(gè)事件處理的周期TT，這個(gè)周期應(yīng)該保證處理完最?lèi)毫忧闆r可能發(fā)生的所有t，且保證TT 《 T。

5、 這其中也有例外，一些實(shí)時(shí)性要求高的事件應(yīng)當(dāng)用中斷完成。其中中斷處理函數(shù)的處理事件應(yīng)盡量短，時(shí)間要求參見(jiàn)2。bug菌覺(jué)得，不管你所做的項(xiàng)目有沒(méi)有用到RTOS，平時(shí)都需要玩玩RTOS，對(duì)該觀點(diǎn)的理解會(huì)有幫助。

原文標(biāo)題：3年的MCU工程師就寫(xiě)出這樣的代碼？

文章出處：【微信公眾號(hào)：嵌入式ARM】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

責(zé)任編輯：haq