有沒有適用于STM32的裸機(jī)編程架構(gòu)或思路？

電子設(shè)計聯(lián)盟

點擊上方藍(lán)色字體，關(guān)注我們
4 a4 Q/ p9 B5 m1 |* Q! I裸機(jī)編程確實可以減少系統(tǒng)復(fù)雜性，提升對資源的掌控能力。
: G7 R" }" W, T+ j% Z2 N1 e- C
0 ]% B- Z/ X, T5 x; g. }  Z# l% p
3 D+ n; V2 j  t& v+ y- `在考慮裸機(jī)編程的架構(gòu)時，可以通過以下幾個思路構(gòu)建更加健壯和穩(wěn)定的系統(tǒng)。
9 ]/ E8 z3 v( C6 @' H1
模塊化架構(gòu)
8 S# @/ c3 b  i( w這種架構(gòu)提高了代碼的可讀性和復(fù)用性，并使問題定位更加方便。模塊間的解耦也使得后續(xù)功能擴(kuò)展更加靈活。
4 j; G$ _& }. f0 E1 e+ E2 c: I

硬件抽象層 (HAL)：實現(xiàn)底層硬件的訪問，包括GPIO、UART、SPI等，所有外設(shè)訪問都通過HAL接口。這種抽象不僅簡化了硬件操作，還便于后續(xù)移植到不同的STM32型號。

驅(qū)動層：在HAL基礎(chǔ)上封裝具體外設(shè)功能，如傳感器驅(qū)動、存儲器驅(qū)動等。每個驅(qū)動應(yīng)盡量獨立，遵循單一責(zé)任原則。

服務(wù)層：提供常用功能的中間層，如定時器服務(wù)、事件調(diào)度器等。服務(wù)層可以幫助處理通用任務(wù)，減少應(yīng)用層的復(fù)雜性。

應(yīng)用層：實現(xiàn)最終的應(yīng)用邏輯。應(yīng)用層應(yīng)專注于業(yè)務(wù)邏輯，而非硬件細(xì)節(jié)。
# B5 h1 G* `8 f2 }
/ Q  ~) z' m5 i7 i, J2
9 D& R/ U5 ]) E6 B事件驅(qū)動架構(gòu)
3 l" t& S9 C' U4 E8 B這種方法避免了復(fù)雜的中斷嵌套，簡化了調(diào)試過程，并能輕松擴(kuò)展新的事件處理邏輯。
6 r# f+ e& Z* y$ r* O

使用硬件中斷（如定時器、UART接收）產(chǎn)生事件，并將這些事件存儲到事件隊列中。

在主循環(huán)中不斷檢查事件隊列，處理相應(yīng)的事件。
2 n& r0 V  c; X7 Z+ J; x
由于裸機(jī)編程往往缺乏操作系統(tǒng)的調(diào)度功能，可以采用事件驅(qū)動的架構(gòu)來模擬任務(wù)調(diào)度。具體步驟如下：
[/ol]

基于定時器的調(diào)度機(jī)制
8 P" j3 d% z5 F1 p7 ^
使用硬件定時器來模擬簡易的調(diào)度機(jī)制，引入“時間片”概念。
. ]' R! Y* [$ @; y1 T! Z
設(shè)定不同定時器來觸發(fā)任務(wù)，使高優(yōu)先級任務(wù)在更短時間間隔內(nèi)執(zhí)行，而低優(yōu)先級任務(wù)則被延后處理。

# p$ }+ S1 V' L: q這種機(jī)制有助于降低優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的風(fēng)險，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
* ~* m; O. h" Q# z[/ol]

: h) B$ \, J! a2 G) C3 X有限狀態(tài)機(jī) (FSM)

* }4 G. D" ?2 t2 e8 ]3 u/ j  J為每個模塊設(shè)計獨立的狀態(tài)機(jī)，并在主循環(huán)中定期輪詢狀態(tài)。
% O$ ?) r) @% h
狀態(tài)機(jī)方法清晰地描述系統(tǒng)行為和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，便于調(diào)試和維護(hù)。
! O3 g! S. h4 {6 w$ A- z6 v
; {" v  G- d1 C! E8 ]# E可以使用狀態(tài)表或狀態(tài)圖的方式來描述狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換，使得狀態(tài)管理更加直觀。
" u8 s% g& y/ G0 v2 T; Q, K[/ol]
  a9 ~2 Z4 I0 Y) v: l
% l$ R+ u, d4 c) q, G改進(jìn)調(diào)試方法

- }+ Y; n. m8 @2 H

周期性心跳檢測：通過LED或串口輸出定期報告系統(tǒng)狀態(tài)，有助于實時監(jiān)控系統(tǒng)運行情況。

監(jiān)控看門狗：在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，通過看門狗定時復(fù)位系統(tǒng)，避免長時間的卡死狀態(tài)。

啟用硬件異常捕獲：利用硬件斷點、錯誤向量捕獲（如HardFault、MemManage等）來捕捉異常，有助于定位問題。
[/ol]
3
常見裸機(jī)編程架構(gòu)推薦

大循環(huán) + 中斷 (Super Loop + Interrupts)：適用于功能不復(fù)雜、任務(wù)較少的場景。中斷中僅進(jìn)行事件標(biāo)記或簡單數(shù)據(jù)采集，具體任務(wù)在主循環(huán)中處理。

事件隊列架構(gòu)：事件隊列設(shè)計提升系統(tǒng)響應(yīng)性，適用于任務(wù)較多或時間要求較高的系統(tǒng)。

時間片輪詢架構(gòu)：適合有多個定時性任務(wù)的場景，通過時間片調(diào)度不同的任務(wù)。

4
實踐中的建議
+ H/ v( O% w5 P5 \4 I; o

減少全局變量的使用：在裸機(jī)環(huán)境下，避免全局變量引起的競爭問題，使用局部變量或傳遞參數(shù)的方式。

小心使用中斷：控制中斷嵌套深度，中斷函數(shù)應(yīng)保持簡潔快速，盡量避免長時間占用中斷。

內(nèi)存管理：設(shè)計好內(nèi)存管理策略，避免動態(tài)內(nèi)存分配帶來的碎片化問題，使用靜態(tài)分配方式盡量確保內(nèi)存使用的高效性。

配置和初始化的分離：將外設(shè)的配置和初始化代碼獨立為函數(shù)，便于管理和復(fù)用。
" [4 O/ ~6 b2 `  J) n1 A  Y. K
- {9 N! P0 O2 X$ G這些建議和思路可以幫助你快速搭建一個穩(wěn)健的裸機(jī)編程框架，通過良好的代碼結(jié)構(gòu)和設(shè)計習(xí)慣減少復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。
0 b7 ?# O! g6 Z, \3 w; K: R+ l. ]) b% z
* V% K. A4 N. v$ {* m' ~0 G/ @' h
點擊閱讀原文，更精彩~