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嵌入式项目代码结构的分层HAL（硬件抽象层）、FML（功能模块层）、APL（应用程序层）2011-03-07 20:09 by 鹏程, 1075 visits, 网摘, 收藏, 编辑 一、遇到的问题在“Zigbee之旅”系列博文中，每写一篇笔者都会编写一个小实验来展开讲解。通过这一段时间的实践，我积累了一些编码经验，但也体会到了之前的代码结构的缺陷：（1）开发效率低：每次使用片内的某一资源（例如定时器等），笔者都要去查询CC2430中文手册，比较eggache（2）代码重复较多：每个实验源码中，诸如 xtal_init ，led_init 等初始化函数每次都要编写（3）不易修改：代码中的业务逻辑与SFR的操作混在一起，可读性较差，修改起来也费力正是由于以上问题，笔者决定暂停了该系列博文的续写，抽出时间来思考一下解决办法。二、由网站分层引起的思考笔者在学习嵌入式编程之前，曾有过 ASP.NET 网站开发经验，对其分层理论也有所实践，下面简单提一下：一般的有一定复杂度的网站可分为以下三层：（1）数据接入层（DAL）：负责与数据库的交互，供业务逻辑层调用（2）业务逻辑层（BLL）：调用数据接入层以获取数据，并为具体的业务需求提供支持（3）用户界面层（UIL）：负责呈现最终的用户界面相信博客园中很大一部分朋友都对此非常熟悉，在此不再赘述。总之，分层以后，大大提高了代码的复用性与扩展性。那么在嵌入式开发中，能否也利用分层的思想，来提高开发效率，增强其可维护性与可扩展性呢？下面，是一些笔者思考后的浅见。三、嵌入式项目也来分个层当然不能照搬ASP.NET 的具体分层思想，具体问题得具体分析嘛首先，嵌入式开发的核心就是芯片，它提供固定的片内资源共开发者使用。而且它具有一个很重要的特点就是，不随项目的需求变动而变动。所以应将其作为最底层，为上层提供基础支持。我们将其命名为 硬件抽象层（Hardware Abstract Layer）。芯片有了当然还不够，通常我们会在片外扩展一些功能模块来满足具体的项目需求，例如：传感器、键盘、LCD屏等。这一层的特点是，随项目的变动而以模块为单位动态增减。这一层的运作需要芯片内部资源的支持，所以应处于硬件抽象层之上，并为上层调用。我们将其命名为 功能模块层（Functional Module Layer）。OK，现在原材料都准备齐了：芯片+扩展模块，接下来就要开始真正的加工了：我们需要灵活调用之前两层所提供的接口，实现具体的项目需求。我们将其命名为 应用程序层（Application Layer）。图文：（1）硬件抽象层（HAL）实现对片内资源 (如定时器、ADC、中断、I/O等) 的通用配置，隐藏具体的SFR操作细节，为上层提供简单清晰的调用接口。（2）功能模块层（FML）通过调用 HAL，实现项目中所涉及到的各片外功能模块，隐藏具体的模块操作细节，并为上层提供简单清晰的调用接口。（3）应用程序层（APL）通过调用 HAL 与 FML，实现最终的应用功能。四、小试牛刀OK，我们举一个具体的例子，来说明分层思想的运用。在写作“Zigbee之旅”系列的某一篇博文时，笔者需要完成一个略带综合性的小实验“温度监测系统”，需求分析大概如下： CC2430节点实现对温度的定时采集，并可通过LED灯指示其采样频率 节点将数据传送至PC端 节点可以接收来自PC的控制指令，以调整采样速率和电源模式 具备停机自动复位能力 可进入睡眠状态，并可由按键唤醒从上面的需求中我们可以看出，本实验的核心芯片为CC2430，需要的片外扩展模块为LED灯与按键，预期要达到具体项目需求即以上五点。接下来，我们利用上面提到的分层理论小试牛刀，对“温度监测系统”这一实验的代码结构进行规划：（1）应用程序层（APL）main.c 引用hal.h、ioCC2430.h与module.h，实现温度采集、与PC互通信、停机复位等具体的应用需求（2）功能模块层（FML）module.h 定义了一系列片外功能模块（LED、按键），以及一系列的相关函数的声明module.c 引用 hal.h，实现各片外模块（LED、按键）的功能（3）硬件抽象层（HAL）ioCC2430.h（系统自带）：定义了CC2430的所有SFR 、中断向量hal.h 包括常用类型定义、常用赋值宏、以及CC2430片上资源的配置（I/O、串口通讯、ADC、定时器、电源管理等）（注：由于本实验所涉及的片外模块LED与按键的使用极其简单，所以笔者将其合并入了单个源文件。若遇到较复杂的模块，可以单独新建 .h 与 .c 文件来实现，如LCD.h、LCD.c）经此设计，其优点逐渐浮出水面： 高效的开发速率：编完 HAL 层中的 hal.h 之后，我们就可以很方便地调用，而不必反复地去查询SFR的具体设置细则 快速扩展：若需要加强系统功能，只需在 FML 层添加相应功能模块（即 .c 文件），并在main.c 中调用即可 较高的代码重用性：HAL 层所提供的SFR操作可供通用，而且该层几乎不用修改就可直接用于新的CC2430项目中 较好的可维护性：项目代码结构清晰，HAL 与 FML 几乎不需要修改，只需修改 APL 即可五、结语可能对于嵌入式编程高手来说，上述理论可能完全算不得什么，甚至还存在着很大的错误。不过在一个初学者从入门走向精通的途中，像这种 发现问题 投入思考 提出方案 的学习模式，我相信