举例说明嵌入式框架该如何分层

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素材来源：https://www.php.cn/link/4ac4cbd6ebfd454fd1d1c310cad3c644

整理：技术让梦想更伟大 | 李肖遥

前言为了提升产品开发速度和未来迭代及移植的便利性，框架分层设计是必不可少的。然而，对于中小型项目严格遵循这些原则，可能会耗费过多精力在系统设计上，这是一个需要权衡的过程。

一、框架分层是什么？在嵌入式架构中，通常分为硬件架构与软件架构。这里主要讨论的是嵌入式软件设计，这是大多数人接触的设计。

所谓的分层，也可以理解为模块化的设计，但框架分层的设计通常遵循以下原则：

每个模块提供的接口必须统一，只能增加，不能修改。设计时需考虑兼容性和使用便利性。同级模块之间应相互独立，不能相互调用，只能调用下一层的接口。不同模块构成不同的层，层与层之间不能跨级调用。模块内部可以继续分层，根据项目需求增减分层。一般可以分为：硬件驱动层->功能模块层->应用接口层->业务逻辑层->应用层

让我们通过一个经典的图示，简单了解一下框架分层的结构。

从图中可以看出，设计是遵循设计原则的，层与层之间不能相互调用。

二、框架分层的优劣势1.优势单一职责：每一层只负责一个职责，职责边界清晰，不会造成跨级调用。在大型项目中，每个人负责的部分不同，加快整个项目的开发进度。高内聚：分层将相同职责放在同一层中，所有业务逻辑内聚在领域层。测试时，只需测试该领域的层，通常不需要考虑其他层的问题。低耦合：依赖关系简单，上层只能依赖下层，没有循环依赖。易维护：面对变更容易修改。在平台更改后，如果仅改了驱动，其他层无需修改，只需更改驱动层即可。易复用：如果功能模块变动，只需升级相应的功能模块，其他模块不受影响，应用层也不受影响。要充分利用这些优势，必须严格遵循设计原则。

2.劣势开发成本高：因为多层分别承担各自的职责，增加功能需要在多个层增加代码，这难免会增加开发成本。但合理的抽象和根据项目设置合理的层级可以降低开发成本。性能略低：业务流需要经过多层代码处理，性能会有所消耗。可扩展性低：因为上下层之间存在耦合度，有些功能变化可能涉及多层的修改。有优势也有劣势，需根据项目需求进行取舍。对于中小型项目，如果不考虑未来迭代，可以不分层或部分分层，既能利用框架分层的部分优势，又能降低开发成本。

三、一个简单的例子主要讨论的是软件框架的分层设计，这里使用STM32cubemx进行硬件初始化，尽可能少考虑硬件驱动部分。

以一个智能小灯为例：

功能

通过按键控制小灯的亮度，等级为：0，1，2，3通过串口观察当前小灯亮度等级通过OLED观察当前小灯亮度等级下面是这个例子的一个简单图示。

这个例子较为简单，业务逻辑层可以省略，直接从应用层调用功能模块层，加快开发进度。

最后附上一点关于LED如何在不同层进行封装的代码。

VALL-E

VALL-E是一种用于文本到语音生成 (TTS) 的语言建模方法

134 查看详情

硬件层

首先查看HAL库生成的代码，这是LED硬件层，即GPIO层，cubemx已经生成，在stm32f4xx_hal_gpio.c（我使用的是F4）中，已有相应的GPIO驱动，这里不需要我们处理。

硬件层驱动层

查看LED部分的驱动，即下面的两个函数：

void MX_TIM1_Init(void);
void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle);
/* TIM1 init function */
void MX_TIM1_Init(void)
{
  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 0 */
  /* USER CODE END TIM1_Init 0 */
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef sBreakDeadTimeConfig = {0};
  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 1 */
  /* USER CODE END TIM1_Init 1 */
  htim1.Instance = TIM1;
  htim1.Init.Prescaler = 168-1;
  htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim1.Init.Period = 10000;
  htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  htim1.Init.RepetitionCounter = 0;
  htim1.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim1, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSl*eMode = TIM_MASTERSL*EMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, &sMasterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET;
  sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCNIDLESTATE_RESET;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  sBreakDeadTimeConfig.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE;
  sBreakDeadTimeConfig.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE;
  sBreakDeadTimeConfig.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF;
  sBreakDeadTimeConfig.DeadTime = 0;
  sBreakDeadTimeConfig.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE;
  sBreakDeadTimeConfig.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH;
  sBreakDeadTimeConfig.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &sBreakDeadTimeConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN TIM1_Init 2 */
  /* USER CODE END TIM1_Init 2 */
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);
}
void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  if(timHandle->Instance==TIM1)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM1_MspPostInit 0 */
  /* USER CODE END TIM1_MspPostInit 0 */
    __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
    /**TIM1 GPIO Configuration
    PE11     ------> TIM1_CH2
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_11;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStruct);
  /* USER CODE BEGIN TIM1_MspPostInit 1 */
  /* USER CODE END TIM1_MspPostInit 1 */
  }
}

对其进行封装，就是我们想要的LED小灯驱动，未来如果需要修改驱动，直接修改底层即可。

void Led_init(){
  MX_TIM1_Init();
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//启动PWM
}

功能模块层

根据上面的需求要求，划分为四个不同等级，同时需要对LED驱动进行进一步封装，以满足层与层之间不能跨级调用的原则（到这里是不是发现很麻烦！小项目就不要用啦！）

//ARR计数器设置值为0~10000
#define LED_GRADE_0  0
#define LED_GRADE_1  3000
#define LED_GRADE_2  6000
#define LED_GRADE_3  10000
//设置LED亮度功能
void Led_Set_brightness(int Grade){
  if(Grade==LED_GRADE_0)
  {
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
      HAL_TIM_PWM_Stop(&htim1,TIM_CHANNEL_2);//关闭PWM输出
  }
  else
  {
      HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_2, Grade);
  }
}
//启动LED功能
void Led_Start(){
  Led_init();
}

业务逻辑层

这里仅以启动层为例：

void Start_app(){
  Led_Start();
}

应用层

基本流程是：启动业务逻辑->读取业务逻辑->处理业务逻辑->显示业务逻辑。

四、总结到这里，一个简单的例子也解释完毕了，通过LED这个简单的例子，已经大概了解到这个设计的复杂性。如果是大型项目，运用起来会很爽，但小型项目完全没必要这样分层，太麻烦了，严重减慢开发效率，时间都用在思考如何进行分层才能符合框架分层的原则。下一篇文章将会结合框架分层与MVC进行一个小综合。

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 2025-04-24