一種基于建立索引查詢方式實(shí)現(xiàn)層次化嵌入式軟件設(shè)計(jì)的方法

張偉++張建++霍亮++高巖++孫天澳++李旭升++王云亮

摘 要：本文介紹一種基于建立索引查詢方式實(shí)現(xiàn)層次化的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法，本方法具有可移植性、可重構(gòu)性等特點(diǎn)，特別適合在控制器嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)層次化查詢方式的多級調(diào)用的軟件結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：嵌入式軟件 可移植性 可重構(gòu)性 層次化

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0157-02

在嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，C或C++軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種過程設(shè)計(jì)，對于軟件設(shè)計(jì)中存在的事件調(diào)用，一般都使用硬件或軟件中斷調(diào)用方式，但由于子函數(shù)在調(diào)用過程中體量的大小不同，容易導(dǎo)致中斷，在設(shè)計(jì)中往往對于程序存在隱患。而查詢方式又過多地占用CPU的運(yùn)行時(shí)間。

本文介紹一種基于建立索引查詢方式的層次化的嵌入式軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用，通過結(jié)合硬件或軟件中斷產(chǎn)生信號量，通過查詢方式來實(shí)現(xiàn)多層次函數(shù)的調(diào)用，既避免了過程設(shè)計(jì)中重復(fù)調(diào)用子函數(shù)導(dǎo)致的代碼冗余，也避免了中斷調(diào)用子函數(shù)導(dǎo)致的程序隱患。本方法已經(jīng)成功運(yùn)用到固態(tài)物料鐵品位檢測儀的產(chǎn)品中。

1 應(yīng)用介紹

目前較為流行的控制器包括單片機(jī)、ARM、DSP等，利用有限的存儲空間和設(shè)計(jì)資源，提高嵌入式軟件的設(shè)計(jì)方法，減少數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)冗余，提高程序效率是提高軟件設(shè)計(jì)穩(wěn)定性的重要方法。

本文利用一個(gè)簡單的硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)靜態(tài)物料移動(dòng)平臺的功能。包括利用電機(jī)控制、顯示、按鍵控制、I/O等硬件外設(shè)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軌跡的返回原點(diǎn)、方向控制、功能控制、菜單顯示、I/O檢測等功能。其基本功能如下。

（1）功能介紹。

“X軸正”：通過查詢X軸正索引值，找到需要操作的函數(shù)指針，并執(zhí)行相應(yīng)移動(dòng)。

“X軸負(fù)”：通過查詢X軸負(fù)索引值，找到需要操作的函數(shù)指針，并執(zhí)行相應(yīng)移動(dòng)。

“Y軸正”：通過查詢Y軸正索引值，找到需要操作的函數(shù)指針，并執(zhí)行相應(yīng)移動(dòng)。

“Y軸負(fù)”：通過查詢Y軸負(fù)索引值，找到需要操作的函數(shù)指針，并執(zhí)行相應(yīng)移動(dòng)。

“復(fù)位”：通過查詢復(fù)位索引值，找到需要操作的函數(shù)指針，并執(zhí)行相應(yīng)移動(dòng)。

“停止”：通過查詢停止索引值，找到需要操作的函數(shù)指針，并執(zhí)行相應(yīng)移動(dòng)。

（2）液晶顯示。

執(zhí)行相應(yīng)操作后，在液晶顯示屏中，顯示對應(yīng)的操作。

（3）I/O檢測。

檢測接近開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)原點(diǎn)復(fù)位操作。

本系統(tǒng)相關(guān)底層驅(qū)動(dòng)程序，包括I/O檢測、顯示屏顯示、電機(jī)控制等程序已經(jīng)測試完成。

2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

索引查詢方式的層次化軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是根據(jù)結(jié)構(gòu)體加函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)體變量IndexlistStruct，并在結(jié)構(gòu)體中的定義不同功能下的索引號IndexState，并建立對于電機(jī)運(yùn)行軌跡的索引號，以及函數(shù)指針變量，指向需下一步操作所需執(zhí)行的函數(shù)。

底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)名如下所示：

void I_Ocheck（void）； //采樣函數(shù) void XPosMove（void）； //左移函數(shù)

void XNegMove（void）； //右移函數(shù) void YPosMove（void）； //加法函數(shù)

void YNegMove（void）； //減法函數(shù) void ResetMove（void）； //菜單函數(shù)

void StopMove（void）； //返回函數(shù)

結(jié)構(gòu)體定義根據(jù)需要對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義，本文使用無符號整形變量。結(jié)構(gòu)體所示如下：

typedef struct

{uint8 IndexState； //當(dāng)前狀態(tài)索引 uint8 XPosState；//按“向左”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的索引

uint8 XNegState；//按“向右”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的索引uint8 YPosState； //按“向上”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的索引 uint8 YNegState；//按“向下”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的索引 uint8 ResetState； //按“菜單”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的索引 uint8 StopMoveState； //按“退出”鍵時(shí)轉(zhuǎn)向的索引 void （*DealOperate）；//當(dāng)前狀態(tài)應(yīng)該執(zhí)行的功能操作} IndexlistStruct； IndexlistStruct結(jié)構(gòu)體需要建立一個(gè)數(shù)組構(gòu)成菜單索引號，包括同一驅(qū)動(dòng)函數(shù)不同層次下的下一級指向的索引號和每個(gè)獨(dú)立操作的底層驅(qū)動(dòng)函數(shù)的函數(shù)指針，共同組成了一個(gè)“標(biāo)簽”，通過同層次上的索引號，電機(jī)控制的X軸正、X軸負(fù)、Y軸正、Y軸負(fù)4個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)軌跡就可以依據(jù)同級菜單的索引號找到下一級next_index索引號，并通過更新next_index索引號，并根據(jù)next_index對應(yīng)的*DealOperate（）函數(shù)的操作號，執(zhí)行DealOperate（）函數(shù)。不同功能函數(shù)對應(yīng)的索引號和層數(shù)數(shù)通過Sizeofmenu的具體操作值來定義。如下所示為具體的設(shè)計(jì)方法：

IndexlistStruct code IndexTab[Sizeofmenu]=

{{0，0，1，2，3，4，5，（*XPosMove）}，//X軸正 {1，0，1，2，3，4，5，（*XNegMove）}， //X軸負(fù)

{2，0，1，2，3，4，5，（*YPosMove）}， //Y軸正 {3，0，1，2，3，4，5，（*YNegMove）}，//Y軸負(fù)

{4，0，1，2，3，4，5，（*ResetMove）}， //復(fù)位 {5，0，1，2，3，4，5，（*StopMove）} //停止

……}

在設(shè)計(jì)過程中可以把結(jié)構(gòu)體數(shù)組放在程序代碼的code區(qū)，這樣在建立大體量的多層次結(jié)構(gòu)索引時(shí)可以減少了內(nèi)存的使用。另外可根據(jù)需要優(yōu)化菜單的層數(shù)。如下是通過查詢方式更新索引號并執(zhí)行相應(yīng)函數(shù)指針的操作：

//錯(cuò)誤處理返回主菜單 break； }

DealOperateFunc=IndexTab[next_index].DealOperate； （*DealOperateFunc）（）； //執(zhí)行需要處理的操作 }綜上所述，通過建立結(jié)構(gòu)體變量實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)函數(shù)的說明，構(gòu)建包括索引號及函數(shù)指針的數(shù)組菜單，通過查詢方式，更新不同操作的索引號，可以通過預(yù)先設(shè)計(jì)的功能順序，實(shí)現(xiàn)不同函數(shù)功能，不同函數(shù)調(diào)用的交叉設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)上，減少了多次調(diào)用函數(shù)的冗余設(shè)計(jì)，減少了C語言執(zhí)行過程中的邏輯錯(cuò)誤，提高了設(shè)計(jì)的重構(gòu)性，方便地實(shí)現(xiàn)了在函數(shù)調(diào)用上的復(fù)雜性。

3 結(jié)語

產(chǎn)品設(shè)計(jì)中針對硬件系統(tǒng)和嵌入式軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體量平衡是提高產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)，應(yīng)避免“頭大腳輕”。本文介紹的基于建立索引查詢方式實(shí)現(xiàn)層次化的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法，能夠更好地平衡軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，提高軟件設(shè)計(jì)效率，其可移植性和可重構(gòu)性，也給在不同硬件系統(tǒng)平臺上查詢帶來了方便。

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