分层架构

应用层	APP	数字电源状态机					备注
中间件层	MidComponent	t环形缓冲队列	算法：PID	数据帧处理	通信接口		与硬件元关的/可然植性疆
板级驱动层	BSP	OLED	ADC	电位器	电流	电压	相当于开发板的外部外设硬决
硬件抽象层	Driver	HAL					对硬件外设进行了封装
物理硬件层	硬件	硬件					CSDiI@woainizhongguo.

BSP：板级支持驱动库

Board support package
MCU和板上外设器件(mpu6050) 的通信和交互过程
有时候分2种：
1） 在裸机（有限状态机）情况下，写的驱动程序
2）在操作系统下，写驱动程序

Core：mcu驱动程序

面向mcu进行编程，初始化MCU内部的外设（时钟、SPI 、IIC等），包含main.c 文件

Driver： 厂商SDK程序

MCU厂商和MCU内的CPU厂商提供的，用来CPU和偏上外设编程时的驱动库，一般由厂商提供

Middewares： 中间件

抽象程度很高、能在各个项目中安插通用的、LVGL、freeRTOS、数学库、傅里叶变换库

System：系统配置层

对系统进行整体宏定义

应用层

实现具体的应用逻辑

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问题

单片机开发中，我对系统进行分层，具体分成3个层次，第一层应用层，第二层：bsp层，第三层，底层驱动，你觉得这样的分层架构如何，有其他的建议或者意见吗

城哥，你提出的三层分层架构——应用层、BSP层（Board Support Package）、底层驱动层——在单片机开发中是非常常见且合理的设计架构。这种分层方式有助于系统的模块化、可维护性和可扩展性。但为了确保架构的高效性、灵活性和可维护性，我们可以从以下几个方面探讨它的优缺点，并提出一些优化建议。

1. 架构概述

• 应用层（Application Layer）：主要包含业务逻辑、用户接口以及系统功能的实现。
• BSP层（Board Support Package）：封装与特定硬件板相关的支持包，提供系统初始化、硬件资源管理等功能，抽象底层硬件细节。
• 底层驱动层（Hardware Driver Layer）：负责直接与硬件打交道的驱动程序，提供寄存器级的硬件访问。

2. 现有架构的优点

• 清晰的职责划分：这种分层设计使得应用逻辑、硬件支持和底层驱动三者之间界限明确。不同层次之间依赖关系清晰，便于开发和维护。
• 可移植性：通过BSP层将硬件相关性封装，应用层和底层驱动层的代码可以更容易地移植到不同的硬件平台。
• 可扩展性：增加新硬件时，只需修改或添加BSP层和底层驱动层，应用层不需要大的改动。
• 复用性：BSP和底层驱动可以复用，不同项目之间能够共享相同的硬件抽象和驱动层代码。

3. 可改进和优化的方向

A. 中间层（Hardware Abstraction Layer, HAL）

建议在BSP层和底层驱动层之间增加一个HAL层（硬件抽象层），进一步解耦应用层和底层驱动层的关联，增加系统的灵活性和硬件抽象能力。

• 作用：HAL层提供更高层次的硬件抽象，屏蔽硬件的具体实现细节，将底层驱动与应用层完全隔离开。应用层只需要调用HAL层提供的接口，而无需关注硬件寄存器的具体实现。
• 优势：
  • 增强移植性：应用层代码对硬件平台的依赖性进一步降低，甚至不需要感知特定硬件的存在。
  • 增加复用性：不同硬件平台共享相同的应用层和BSP层代码，只需适配HAL接口即可。
  • 简化开发：HAL层提供的高层抽象接口（如I2C、SPI、UART等）可以简化开发人员对底层硬件的理解要求。

B. 底层驱动优化

1. 模块化驱动设计：将底层驱动按功能模块化。例如，把UART、I2C、SPI、ADC等每个外设的驱动设计成独立模块，避免相互耦合。同时在每个模块中明确其初始化、读写、关闭等接口。
2. 驱动配置灵活性：通过配置文件（如头文件或配置工具）对不同硬件进行灵活配置，而不是硬编码在驱动代码中。这可以提高驱动的通用性和可维护性。

C. BSP层的职责优化

在BSP层设计时，可以进一步明确其职责，使其不仅仅是硬件的支持包，还应包含：

• 启动代码（Startup Code）：负责系统启动、初始化堆栈和寄存器、设置中断向量表等。
• 硬件资源管理：如时钟配置、GPIO初始化、外设映射等。
• 中断管理：处理全局中断控制，管理不同模块的中断服务函数。

D. 引入调度机制（RTOS支持）

如果项目复杂度较高，建议引入一个实时操作系统（RTOS）层来调度任务。RTOS可以作为应用层和BSP层的扩展，提供任务调度、资源管理和同步机制。

• 优势：
  • 多任务支持：通过RTOS可以轻松实现多任务调度和并发操作。
  • 时间片轮转：提供精确的任务执行时间控制。
  • 系统资源管理：如信号量、互斥量、队列等资源管理，简化应用层的开发。

4. 方法论与建议

1. 接口定义与抽象

无论在哪个层次设计，接口设计是重中之重。确保每个层次之间的接口尽量保持通用和简洁，不暴露底层细节。这可以提高代码的可读性和维护性。常见的做法包括：

• 定义统一的API接口。
• 使用设计模式（如工厂模式）动态加载和初始化不同模块。

2. 面向对象编程思想

虽然C语言本身不是面向对象语言，但在嵌入式开发中可以引入面向对象的设计思想，如：

• 使用函数指针和结构体模拟多态性。
• 在驱动层实现接口结构体，提供开放封闭原则的设计，使得系统在增加新设备时不影响现有代码。

3. 动态配置与静态配置结合

• 静态配置：系统的一些基础设置如时钟、外设初始化等可以在编译时通过宏定义或配置工具设定。
• 动态配置：如应用层的功能参数（模式、定时、速度等）可以在运行时动态调整，提升系统的灵活性。

5. 总结与建议

你的三层架构已经非常符合嵌入式系统的设计要求，应用层、BSP层、底层驱动层的划分有助于系统的模块化和可移植性。为了进一步优化，你可以考虑：

1. 在BSP层和驱动层之间增加HAL层，增强硬件的抽象能力和系统灵活性。
2. 优化驱动层的设计，使其模块化并增强配置灵活性。
3. 如果系统复杂性较高，考虑引入RTOS，实现任务的实时调度与管理。

这些优化措施能够进一步提高系统的移植性、可维护性和复用性。

如有具体设计需求或需要讨论的代码细节，随时欢迎继续探讨！

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参考

9种单片机常用的软件架构