如何在32位MCU平臺(tái)間移植

過(guò)去數(shù)年，關(guān)于單內(nèi)核平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化的討論不計(jì)其數(shù)，目的是讓設(shè)計(jì)從一家MCU供貨商的產(chǎn)品移植到另一家的產(chǎn)品變得容易。有趣的是，所有討論均從未涉及外設(shè)。然而，外設(shè)恰恰就是將應(yīng)用從一家MCU供貨商移植至另一家的真正核心。

一切歸于外設(shè)

工程師在著手新設(shè)計(jì)之前，通常會(huì)先審視一下功能需求。希望系統(tǒng)做什么？用戶怎樣與之交互？ 諸如此類的一些問(wèn)題。據(jù)此決定要采用什么電路以及控制這些電路所需的MCU片內(nèi)外設(shè)。例如，工業(yè)級(jí)的HMI（人機(jī)界面）設(shè)備將需要支持LCD、按鈕和/或觸摸屏，與機(jī)器的通信、LED，以及揚(yáng)聲器/蜂鳴器等。所有這些功能將需要MCU上的某些外設(shè)，如：CAN控制器用于通信、ADC用于觸摸屏及PWM定時(shí)器用于蜂鳴器等。外設(shè)具有的功能越多，所需的外部電路就越少。在某些情況下，還會(huì)減少需要編寫的代碼量。例如，使用特殊的蜂鳴器模式比為達(dá)到同樣目的而不得不設(shè)置PWM要簡(jiǎn)單得多。

內(nèi)核需求通常是顯而易見(jiàn)的。雖然內(nèi)核很重要，但對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，關(guān)系不大。事實(shí)上，內(nèi)核必須滿足兩個(gè)基本條件。速度是否足以執(zhí)行創(chuàng)建最佳用戶體檢所需的所有軟件任務(wù)？ 是否能高效執(zhí)行所有任務(wù)？只要滿足這兩點(diǎn)性能要求， 內(nèi)核的類型無(wú)關(guān)緊要。

當(dāng)然，內(nèi)核還與固件/軟件相關(guān)。既有代碼是工程師必須考慮的一個(gè)問(wèn)題。使用現(xiàn)成代碼能節(jié)省多少工作量？這個(gè)問(wèn)題并非與內(nèi)核直接相關(guān)，而與外設(shè)有關(guān)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)32位MCU代碼用C語(yǔ)言編寫，因此可重新編譯至任何內(nèi)核。每家 MCU生產(chǎn)商的外設(shè)特性及編程模型均特定于其自家的產(chǎn)品，而與所采用的內(nèi)核無(wú)關(guān)，這便是代碼難以移植的原因所在。

固件庫(kù)

為了給工程師提供便利，每家MCU生產(chǎn)商均提供一個(gè)固件庫(kù)，其中包含設(shè)置和使用各種MCU片內(nèi)外設(shè)的代碼。由于不同廠家實(shí)現(xiàn)其外設(shè)的方式各不相同，甚至具有不同的特性，將應(yīng)用程序從一種MCU移植至另一種MCU并非輕而易舉。

ARM一直以來(lái)都在為簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的移植努力著，它定義了一種稱為Cortex?單片機(jī)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)（CMSIS）的固件抽象層標(biāo)準(zhǔn)。采用Cortex-M系列內(nèi)核的MCU生產(chǎn)商的固件庫(kù)均已采納了這一標(biāo)準(zhǔn)。遺憾的是，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)仍不能克服移植外設(shè)遇到的困難，對(duì)于變量或函數(shù)也未制定標(biāo)準(zhǔn)的命名約定。因此，將代碼從一種固件庫(kù)移植到另一種固件庫(kù)沒(méi)有捷徑，必須做大量工作。事實(shí)上，對(duì)于在ARM MCU供貨商之間移植應(yīng)用程序，該標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒(méi)有什么幫助。畢竟，對(duì)于MCU生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，將應(yīng)用程序輕而易舉移植到其他供應(yīng)商的產(chǎn)品一點(diǎn)好處也沒(méi)有。

設(shè)計(jì)時(shí)考慮可移植性

由于MCU生產(chǎn)商不愿簡(jiǎn)化其產(chǎn)品到其他供應(yīng)商產(chǎn)品的可移植性，因此只能由設(shè)計(jì)工程師來(lái)使設(shè)計(jì)具有可移植性。通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)抽象層，由該層創(chuàng)建硬件（即MCU外設(shè)）和應(yīng)用程序代碼之間的標(biāo)準(zhǔn)編程接口即可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。至少可用以下兩種方法：

開(kāi)發(fā)一個(gè)中介層或包裝器，從而實(shí)現(xiàn)在MCU生產(chǎn)商外設(shè)庫(kù)和您的代碼之間轉(zhuǎn)換。這可能是最快速高效的解決方案，但會(huì)在命令和數(shù)據(jù)路徑中添加較多代碼。

定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)和變量命名機(jī)制，并將其應(yīng)用于所有外設(shè)庫(kù)。不必添加代碼，但卻很費(fèi)時(shí)，具體取決于外設(shè)用法的復(fù)雜度。

實(shí)現(xiàn)移植性是個(gè)大工程，貫穿開(kāi)發(fā)過(guò)程的始終。除了固件/軟件兼容性，還有引腳兼容的問(wèn)題。將應(yīng)用從一個(gè)MCU供應(yīng)商的產(chǎn)品移植到另一個(gè)往往要重新布置PCB，而且可能還需要不同的外部器件，比如電容和穩(wěn)壓器。

總結(jié)

無(wú)論使用何種內(nèi)核，在32位MCU供應(yīng)商的產(chǎn)品間移植均相當(dāng)復(fù)雜。一切都取決于外設(shè)和相關(guān)的固件庫(kù)。每家MCU生產(chǎn)商均提供固件庫(kù)和應(yīng)用筆記，盡力使設(shè)計(jì)過(guò)程盡可能地簡(jiǎn)單。他們也將努力減輕其器件在其系列間移植的工作。但是他們卻不愿意使移植到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的解決方案變得過(guò)于容易。這是設(shè)計(jì)工程師要解決的問(wèn)題，應(yīng)該在每個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)評(píng)估這樣做的成本和好處。
審核編輯：彭菁