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嵌入式开发中的模块化编程

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cr315|  楼主 | 2022-5-14 09:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

做一个相对较复杂的工程时,要和小组成员分工合作,比如你可能只负责通讯或者显示这一块。就应该将这一块程序写成一个模块,单独调试,留出接口供其它模块调用。

    像这些场合就要求程序必须模块化。模块化的好处是很多的,不仅仅是便于分工,它还有助于程序的调试,有利于程序结构的划分,还能增加程序的可读性和可移植性。
    初学者往往搞不懂如何模块化编程,其实它是简单易学,而且又是组织良好程序结构行之有效的方法之一,另外关于程序架构的**请移步:嵌入式开发中的程序架构。    本文讲一下模块化的方法和注意事项,最后将以初学者使用最广的keil c编译器为例,给出模块化编程的详细步骤。    模块化程序设计应该理解以下概述:

    模块即是一个.c源文件和一个.h头文件的结合,头文件中是对于该模块接口的声明。这一条概括了模块化的实现方法和实质:    将一个功能模块的代码单独编写成一个.c文件,然后把该模块的接口函数放在.h文件中。    举例:    假如你用到液晶显示,那么你可能会写一个液晶驱动模块,以实现字符、汉字和图像的现实,命名为: led_device.c,该模块的.c文件大体可以写成:#include ……//定义变量 unsigned char value;//全局变量…//定义函数//这是本模块第一个函数,起到延时作用,只供本模块函数调用,用static修饰/********************延时子程序************************/static void delay (uint us) //delay time{}//这是本模块的第二个函数,要在其他模块中调用/*********************写字符程序**************************** 功能:向LCD写入字符** 参数:dat_comm 为1写入的是数据,为0写入的是指令content 为写入的数字或指令******************************************************/void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content){}…………/***************************** END Files**********************/

    注:此处只写出这两个函数,第一个延时函数的作用范围是模块内,第二个,它是其它模块需要的。为了简化,此处并没有写出函数体.    .h文件中给出模块的接口.在上面的例子中, 向LCD写入字符函数:wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content)就是一个接口函数,因为其它模块会调用它,那么.h文件中就必须将这个函数声明为外部函数(使用extrun关键字修饰),另一个延时函数:void delay (uint us)只是在本模块中使用(本地函数,用static关键字修饰),因此它是不需要放到.h文件中的。
    .h文件格式如下:

//声明全局变量extern unsigned char value;//声明接口函数extern void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content); //向LCD写入字符……/***************************** END Files************************/

    这里注意三点:

  • 在keil 编译器中,extern这个关键字即使不声明,编译器也不会报错,且程序运行良好,但不保证使用其它编译器也如此。强烈建议加上,养成良好的编程规范,相关**推荐:C/C++语言中extern的用法。

  • .c文件中的函数只有其它模块使用时才会出现在.h文件中,像本地延时函数static void delay (uint us)即使出现在.h文件中也是在做无用功,因为其它模块根本不去调用它,实际上也调用不了它(static关键字的限制作用)。

  • 注意本句最后一定要加分号”;”,相信有不少同学遇到过这个奇怪的编译器报错: error C132: 'xxxx': not in formal parameter list,这个错误其实是.h的函数声明的最后少了分号的缘故。


    模块的应用:假如需要在LCD菜单模块lcd_menu.c中使用液晶驱动模块lcd_device.c中的函数void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content),只需在LCD菜单模块的lcd_menu.c文件中加入液晶驱动模块的头文件lcd_device.h即可.

#include“lcd_device.h //包含液晶驱动程序头文件,之后就可以在该.c文件中调用//lcd_device.h中的全局函数,使用液晶驱动程序里的全局变量…//调用向LCD写入字符函数wr_lcd (0x01,0x30);…//对全局变量赋值value=0xff;…    某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h 中文件中冠以extern 关键字声明。这句话在上面的例子中已经有体现,即某模块提供给其它模块调用的外部函数和全局变量需在.h 中文件中冠以extern 关键字声明。

    下面重点说一下全局变量的使用。    使用模块化编程的一个难点就是全局变量的设定,初学者往往很难想通模块与模块公用的变量是如何实现的,常规的做法就是本句提到的,在.h文件中外部数据冠以extern关键字声明。
    比如上例的变量value就是一个全局变量,若是某个模块也使用这个变量,则和使用外部函数一样,只需在使用的模块.c文件中包含#include“lcd_device.h”即可。    另一种处理模块间全局变量的方法来自于嵌入式操作系统uCOS-II,这个操作系统处理全局变量的方法比较特殊,也比较难以理解,但学会之后妙用无穷,这个方法只需用在头文件中定义一次。    方法为:
    在定义所有全局变量(uCOS-II将所有全局变量定义在一个.h文件内)的.h头文件中:

#ifdef xxx_GLOBALS#define xxx_EXT#else#define xxx_EXT extern#endif

    .H 文件中每个全局变量都加上了xxx_EXT的前缀。xxx 代表模块的名字。    该模块的.C文件中有以下定义:

#define xxx_GLOBALS#include "includes.h"

    当编译器处理.C文件时,它强制xxx_EXT(在相应.H文件中可以找到)为空,(因为xxx_GLOBALS已经定义)。
    所以编译器给每个全局变量分配内存空间,而当编译器处理其他.C 文件时,xxx_GLOBAL没有定义,xxx_EXT 被定义为extern,这样用户就可以调用外部全局变量。为了说明这个概念,可以参见uC/OS_II.H,其中包括以下定义:

#ifdef OS_GLOBALS#define OS_EXT#else#define OS_EXT extern#endifOS_EXT INT32U OSIdleCtr;OS_EXT INT32U OSIdleCtrRun;OS_EXT INT32U OSIdleCtrMax;

    同时,uCOS_II.H 中有以下定义:

#define OS_GLOBALS#include “includes.h”

    当编译器处理uCOS_II.C 时,它使得头文件变成如下所示,因为OS_EXT 被设置为空。

INT32U OSIdleCtr;INT32U OSIdleCtrRun;INT32U OSIdleCtrMax;

    这样编译器就会将这些全局变量分配在内存中。当编译器处理其他.C 文件时,头文件变成了如下的样子,因为OS_GLOBAL没有定义,所以OS_EXT 被定义为extern。

extern INT32U OSIdleCtr;extern INT32U OSIdleCtrRun;extern INT32U OSIdleCtrMax;

    在这种情况下,不产生内存分配,而任何 .C文件都可以使用这些变量。这样的就只需在 .H文件中定义一次就可以了。

    模块内的函数和全局变量需在.c 文件开头冠以static 关键字声明;

    这句话主要讲述了关键字static的作用。Static是一个相当重要的关键字,他能对函数和变量做一些约束,而且可以传递一些信息。    比如上例在LCD驱动模块.c文件中定义的延时函数static void delay (uint us),这个函数冠以static修饰,一方面是限定了函数的作用范围只是在本模块中起作用,另一方面也给人传达这样的信息:该函数不会被其他模块调用。    下面详细说一下这个关键字的作用,在C 语言中,关键字static 有三个明显的作用:

  • 在函数体,一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变。

  • 在模块内(但在函数体外),一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问,但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。

  • 在模块内,一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是,这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。


    前两个都比较容易理解,最后一个作用就是刚刚举例中提到的延时函数(static void delay (uint us)),本地化函数是有相当好的作用的。

    永远不要在.h 文件中定义变量!

    比较一下代码:
    代码一:

/*module1.h*/int a = 5; /* 在模块1 的.h 文件中定义int a *//*module1 .c*/#include "module1.h" /* 在模块1 中包含模块1 的.h 文件 *//*module2 .c*/#include "module1.h" /* 在模块2 中包含模块1 的.h 文件 *//*module3 .c*/#include "module1.h" /* 在模块3 中包含模块1 的.h 文件 */

    以上程序的结果是在模块1、2、3 中都定义了整型变量a,a 在不同的模块中对应不同的地址元,这个世界上从来不需要这样的程序。正确的做法是:    代码二:

/*module1.h*/extern int a; /* 在模块1 的.h 文件中声明int a *//*module1 .c*/#include "module1.h" /* 在模块1 中包含模块1 的.h 文件 */int a = 5; /* 在模块1 的.c 文件中定义int a *//*module2 .c*/#include "module1.h" /* 在模块2 中包含模块1 的.h 文件 *//*module3 .c*/#include "module1.h" /* 在模块3 中包含模块1 的.h 文件 */

    这样如果模块1、2、3 操作a 的话,对应的是同一片内存单元。    注:
    一个嵌入式系统通常包括两类模块:

  • 硬件驱动模块,一种特定硬件对应一个模块

  • 软件功能模块,其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求



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B1lanche| | 2022-8-21 19:09 | 显示全部楼层
属实是需要模块化的,不然就会出现逻辑纠纷的

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Carmen7| | 2022-8-21 19:42 | 显示全部楼层
这种一般都是大公司或者大项目才这样

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Belle1257| | 2022-8-21 20:32 | 显示全部楼层
反正我觉得逻辑化模块化都是正确的,合理的

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Allison8859| | 2022-8-21 21:27 | 显示全部楼层
一般都是写API接口就好了,让别人调用即可

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alxd| | 2022-8-21 21:45 | 显示全部楼层
这种都是预留接口的,模块化是对的

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Candic12e| | 2022-8-21 21:52 | 显示全部楼层
感觉是系统级的才会分工合作

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Charlene沙| | 2022-8-23 07:12 | 显示全部楼层
这种一般都是编写模块,留出API接口,就好了

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Alina艾| | 2022-8-23 08:50 | 显示全部楼层
属实是利于程序结构的划分呢

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Annie556| | 2022-8-23 09:41 | 显示全部楼层
这逻辑上是相当正确的,一定要模块化

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Betty996| | 2022-8-23 10:35 | 显示全部楼层
C语言的最大优势就是可读性和移植性呀,模块化是对的

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asmine| | 2022-8-23 20:17 | 显示全部楼层
其实模块化真的很好,不仅程序,硬件更是如此

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Carina卡| | 2022-8-26 07:14 | 显示全部楼层
其实就是自己写个c文件和H文件呗

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Betty1299| | 2022-8-26 09:07 | 显示全部楼层
封装好库,给别人用也是可以的

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Charlotte夏| | 2022-8-26 10:02 | 显示全部楼层
其实可以做个lib也挺好,简洁,嘿嘿

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Emily999| | 2022-8-26 11:42 | 显示全部楼层
感觉就是每个功能或者驱动写成一个模块,就好了

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Estelle1999| | 2022-8-26 13:24 | 显示全部楼层
学到了,不建议在h文件中定义变量

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Uriah| | 2022-10-1 16:06 | 显示全部楼层

在开始电镀之前,必须先清掉孔内的杂物。

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童雨竹| | 2023-1-20 08:02 | 显示全部楼层

STM32CUBEMX配置生成初始化代码

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Pulitzer| | 2023-1-20 09:05 | 显示全部楼层

I2C1工作时钟源选择;I2C1模块工作时钟的开启使能。

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