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单干必备:论嵌入式模块化编程、驱动分离的重要性

引言

当项目组做一个相对复杂的项目时,这意味着你不再独自工作。相反,与团队成员分工,要求团队成员负责部分项目。例如,您可能只负责沟通或显示。

此时,您应该将您的程序写写成一个模块,单独调试,留出界面供其他模块调用。

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正文开始:

最后,小组成员在完成负责的模块并正确调试后,由项目组长组合调试。

在这些情况下,程序必须模块化。模块化有很多好处,不仅便于分工,而且有利于程序调试,有利于程序结构的划分,还能提高程序的可读性和可移植性。

要说的话

初学者往往不知道如何模块化编程。事实上,它简单易学,是组织良好程序结构的有效方法之一。

本文将首先讨论模块化的方法和注意事项,最后初学者将使用最广泛的方法keil c以编译器为例,给出模块化编程的详细步骤。

模块化程序设计应理解以下概述:

模块就是一个.c文件和一个.h结合文件,头文件(.h)模块接口的声明;

本文总结了模块化的实现方法和实质:将功能模块的代码单独编写成.c然后将模块的接口函数放在文件中.h文件中.例如:如果您使用液晶显示器,您可以写一个液晶驱动模块来实现字符、汉字和图像的现实,并命名为: led_device.c,该模块的.c一般可以写成文件:

#include…

//定义变量

 unsigned char value;///全局变量

//定义函数

///这是本模块的第一个函数,起到延迟作用,供本模块的函数调用,因此使用static关键字修饰

/********************延时子程序************************/

static void delay (uint us) //delay time

{}

//这是本模块的第二个函数,应在其他模块中调用

/*********************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写入的数字或指令

******************************************************/

void wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content)

{}

……

……

/***************************** END Files***********************************/

注:这里只写这两个函数。第一个延迟函数的作用范围是模块,第二个是其他模块所需要的。为了简化,函数体没有写在这里.

.h模块的接口在文件中给出.在上面的例子中,方向LCD写入字符函数:wr_lcd (uchar dat_comm,uchar content)它是一个接口函数,因为其他模块会调用它.h该函数必须在文件中声明为外部函数(使用extrun关键字修饰),另一个延迟函数:void delay (uint us)仅用于本模块(本地函数,使用)static关键字修改),所以不需要放在里面.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***********************************/

注意三点:

.在keil编译器中,extern即使不声明这个关键词,编译器也不会报错,程序运行良好,但其他编译器也不能保证。强烈建议培养良好的编程规范。

..c只有在使用其他模块时,文件中的函数才会出现.h在本地延迟函数等文件中static void delay (uint us)即使出现在.h文件中也在做无用的工作,因为其他模块根本不调用,其实也不调用(static限制关键词)。

.注意这句话最后一定要加分号; error C132: 'xxxx': not in formal parameter list,其实这个错误是.h因为函数声明最后分号少了。

模块应用:如果需要LCD菜单模块lcd_menu.c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在文件中添加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,然后在此之前.c在文件中调用//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////lcd_device.h中的全局函数,使用液晶驱动程序里的全局//变量(如果有的话)。

//调用向LCD写入字符函数

wr_lcd (0x01,0x30);

///赋值全局变量

value=0xff;

需要为其他模块提供外部函数和数据.h冠以中文件extern关键字声明;

这句话已经反映在上面的例子中,即一个模块提供给其他模块调用的外部函数和全局变量需要.h冠以中文件extern关键字声明。

让我们关注全球变量的使用。模块化编程的一个难点(与新手相比)是全球变量的设置。初学者往往很难理解如何实现模块和模块公共变量。这句话提到了传统的做法.h冠以文件中外数据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

#endif

OS_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(注意是两类,不是两个)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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