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“分層思想”在單片機程序設計中的應用
來源:本站整理  作者:佚名  2013-07-29 06:36:59

    分層的思想,并不是什么神秘的東西,事實上很多做項目的工程師本身自己也會在用。看了不少帖子都發現沒有提及這個東西,然而分層結構確是很有用的東西,參透后會有一種恍然大悟的感覺。如果說我不懂LCD怎么驅動,那好辦,看一下datasheet,參考一下別人的程序,很快就可以做出來。但是如果不懂程序設計的思想的話,會給你做項目的過程中帶來很多很多的困惑。

參考了市面上各種各樣的嵌入式書籍,MCS-51,AVR,ARM等都有看過,但是沒有發現有哪本是介紹設計思想的,就算有也是鳳毛麟角。寫程序不難,但是程序怎么樣才能寫的好,寫的快,那是需要點經驗積累的。結構化模塊化的程序設計的思想,使最基本的要求。然而這么將這個抽象的概念運用到工程實踐當中恩?那需要在做項目的過程中經歷磨難,將一些東西總結出來,抽象升華為理論,對經驗的積累和技術的傳播都大有裨益。所以在下出來獻丑一下,總結一些東西。

就我個人的經驗而談,有兩個設計思想是非常重要的。

一個就是“時間片輪的設計思想”,這個對實際中解決多任務問題非常有用,通常可以用這個東西來判斷一個人是單片機學習者,還是一個單片機工程師。這個必須掌握。由于網上介紹這個的帖子也不少,所以這里就不多說了。

第二個就是我今天想說的主題“分層屏蔽的設計思想”。下面用掃描鍵盤程序例子作為引子,引出今天說的東西。

問題的提出

單片機學習板一般為了簡單起見,將按鍵分配的很好,例如整個4*4的鍵盤矩陣分配到P1口上面,8條控制線,剛好。這樣的話程序也非常好寫。只需要簡單的

KEY_DAT = P1;

端口的數據就讀進來了。

誠然,現實中沒有這么好的事情。在實際的項目應用當中,單片機引腳的復用相當厲害,這跟那些所謂的單片機學習板就有很大的差別了。

另外一個原因,一般設計來說,是“軟件配合硬件”的設計流程,簡單點說就是,先確定好硬件原理圖,硬件布線,最后才是軟件的開發,因為硬件修改起來比較麻煩,相對來說軟件修改的時候比較好改。這個就是中國傳統的陰陽平衡哲學原理。硬件設計和軟件設計本來就是魚和熊掌的關系,兩者不可兼得。方便了硬件設計,很可能給寫軟件帶來很大的麻煩。反過來說,方便了軟件設計,硬件設計也會相當的麻煩。如果硬件設計和軟件設計同時方便了,那只有兩種可能,一是這個設計方案非常簡單,二是設計師已經達到了一個非常高的境界。我們不考慮那么多情況,單純從常用的實際應用的角度來看問題。

硬件為了布線的方便,很多時候會可能將IO口分配到不同的端口上面,例如上面說的4*4鍵盤,8根線分別分配到P0 P1 P2 P3上面去了。那么,開發板的那些掃描鍵盤程序可以去見鬼了。怎么掃按鍵?我想起了我剛開始學習的時候,分成3段非常相似的程序,一個一個按鍵的掃描的經歷……

或許有人不甘心,“那些東西我花了很長時間學習的,也用的好好的,怎么能說一句不用就不用?”雖然有點殘忍,但是我還是想說“兄弟,接受現實吧,現實是殘酷的……”

不過,人區別于低等動物的差別,是人會創造,在碰到困難的時候會想辦法解決,于是我們開始了沉思……

最后我們引入初中數學學的“映射”的概念來解決問題。基本思想就是,將不同端口的按鍵映射到相同端口上面。

這樣按鍵掃描程序就分成3個層次了。

1)最底層的是硬件層,完成端口掃描,20ms延時消抖,將端口的數據映射到一個KEY_DAT寄存器上面,KEY_DAT作為對上層驅動層的一個接口。

2)中間的一層是驅動層,驅動層只對KEY_DAT寄存器的數值進行操作。簡單點說,我們無論底層的硬件是怎么接線的,在驅動層都不需要關心,只需要關心KEY_DAT這個寄存器的數值是什么就可以了。這樣出來的間接效果就是“屏蔽了底層硬件的差異”,所以驅動層寫的程序就可以通用了。

驅動層的另外一個功能是為了上層提供消息接口。我們用了類似window程序的消息的概念。這里可以提供一些按鍵消息,例如:按下消息,松開消息,長按鍵消息,長按鍵的時候的步進消息,等等。

3)應用層。這里就是根據項目的不同分別寫按鍵功能程序,屬于最上層的程序。它使用的是驅動層提供的消息接口。在應用層寫程序的思想就是,我不管下層是怎么工作的,我只關心按鍵消息。有按鍵消息來的時候我就執行功能,沒有消息來的時候,我就什么也不做。

下面用一個簡單的常用的例子,說明我們這個設計思想的用法。

秒表調整時間的時候,要求按著某個按鍵不放,時間能連續的向上增加。這個東西很實用,實際的家電中用途很廣泛。

在看下面的東西之前,大家可以想一下,這東西難嗎?相信大家都會很響亮的回答,“不難!!”,然而我再問:“這東西麻煩嗎?”我相信很多人肯定會說“很麻煩!!”這不禁讓我想起開始學單片機的時候寫這種按鍵的那程序,亂七八糟的結構。如果不相信的話,可以自己用51寫一下哦,那樣就更加能體會本文說的分層結構的優越性。

項目要求:

兩個按鍵,分別分配在P10和P20,分別是“加”“減”按鍵,要求長按鍵的時候實現連續加和連續減的功能。

實戰:

假設:

按鍵上拉,沒有按鍵的時候高電平,有按鍵的時候低電平,另外,為了突出問題,這里沒有將延時消抖的程序寫上去,在實際項目中應該加上。C語言函數參數的傳遞多種多樣,這里作為例子,用了最簡單的全局變量來傳遞參數,當然你也可以用unsigned char ReadPort(void)返回一個讀鍵結果,甚至還可以void ReadPort(unsigned char *pt)用一個指針變量傳遞地址而達到直接修改變量的目的。方法是多種多樣的,這個決定于每個人的程序風格。

1)開始寫硬件層程序,完成映射

#define KYE_MIN 0X01

#define KEY_PLUS 0X01

unsigned char KeyDat;

void ReadPort(void)

{

if (P1 KEY_PLUS == 0 ){

KeyDat |= 0x01 ;

}

if (P2 KEY_MIN == 0 ){

KeyDat |= 0x02 ;

}

}

C語言應該很容易看懂吧?如果KEY_PLUS按下,P10口讀到低電平,則P1 KEY_PLUS的結果為0,滿足if的條件,進入KeyDat |= 0x01是將KeyDat的bit0置一,也就是說,將KEY_PLUS映射到KeyDat的bit0

KEY_MIN是同樣的道理映射到KeyDat的bit1

如果KeyDat的bit0為1,則說明KEY_PLUS按下,反則亦然。

不需要想的很神秘,映射就是這么一回事。如果還有其他按鍵的話,用同樣辦法,將他們全部映射到KeyDat上面。

2)驅動層程序編寫

如果將KeyDat想象成P1口,那么這個跟學習板那標準的掃描程序不就是一樣了嗎?對的,這個就是底層映射的目的了。

3)應用層程序編寫

根據消息

硬件層是必須分離出來,然而驅動層和應用層的要求就不那么嚴格了,事實上一些簡單的項目沒有必要將這兩層分離開來,根據實際應用靈活應對就可以了。其實這樣寫程序是很方便移植的,根據板子的不同而適當的修改一下硬件層那個ReadPort函數就完成了,驅動層和應用層很多代碼可以不經過修改直接用,很能提高開發效率的。當然這個按鍵程序會存在一定的問題,特別是遇到常閉按鍵和點觸按鍵的混合使用的場合。這個留給大家自己去想了,反正問題總是能找到解決辦法的,盡管方法有好有壞。

結束語

以按鍵為媒介,介紹了程序設計當中的“分層屏蔽”的思想的原理和應用,按鍵只是一個例子,其實分層的思想普遍存在著程序設計當中。細心留意一下的話發現其實window,linux,網絡的tcp/ip結構全部都是分層的。這東西不是繡花枕頭,而是實際用在工程上面的,只是平時不多見帖子介紹,或者沒有人特意這樣來總結,又或者是有經驗的工程師作為藏在心中的法寶吧,這個就不得而知。

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