嵌入式框架Zorb Framework搭建一：嵌入式环境搭建、调试输出和建立时间系统

我是卓波，我是一名嵌入式工程师，我万万没想到我会在这里跟大家吹牛皮。

嵌入式框架Zorb Framework搭建过程

嵌入式框架Zorb Framework搭建三：列表的实现

嵌入式框架Zorb Framework搭建四：状态机的实现

嵌入式框架Zorb Framework搭建五：事件的实现

嵌入式框架Zorb Framework搭建六：定时器的实现

嵌入式框架Zorb Framework搭建七：任务的实现

一、前言

　　之前，我一直以为C语言只是面向过程的语言，直到我发现它也可以用来创造对象。现在，我就要用面向对象的思想来搭建一个轻量级的嵌入式框架Zorb Framework。搭建Zorb Framework的目的是为在不能运行Linux的芯片上快速开发应用，不用反复造*。

　　Zorb Framework的初步设计功能有

　　1、时间系统功能zf_time

　　2、环形缓冲区功能zf_buffer

　　3、列表功能zf_list

　　4、状态机功能zf_fsm

　　5、事件功能zf_event

　　6、定时器功能zf_timer

　　7、任务功能zf_task

　　前6个功能，就可以实现纯事件驱动的程序，基本可以满足中小型嵌入式应用程序开发的需求。加上任务功能，是为了满足部分程序对实时性要求较高的需求。当然，也可以将前6个功能裁剪出来，然后运行在现有的嵌入式系统上面，这样子也可以满足实时性的需求。

 

二、嵌入式环境搭建

 　　采用STM32F429开发板作为硬件运行环境，硬件资源用到串口1和systick，其中串口1提供调试打印功能，systick提供系统时间计数功能。

　　

　　关于硬件环境的搭建不多说，可以参照开发板提供的例程来搭建，板级初始化完成了调试串口和systick的初始化。

 1 /******************************************************************************
 2  * 描述  ：硬件环境初始化
 3  * 参数  ：无
 4  * 返回  ：无
 5 ******************************************************************************/
 6 void BSP_init(void)
 7 {
 8     /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
 9     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
10     
11     /* 初始化调试串口 */
12     Debug_USART_init();
13     
14     /* Systick初始化 */
15     SystemTick_init();
16 }
17 
18 /******************************************************************************
19  * 描述  ：硬件底层程序
20  * 参数  ：无
21  * 返回  ：无
22 ******************************************************************************/
23 void BSP_process(void)
24 {
25 
26 }

 

三、调试输出

　　开发一个程序，最开始也最重要的是搭建调试的环境，我们采用串口1作为调试输出（printf映射），然后调试信息分为三个等级，后续上位机可以根据不同等级进行高亮提示：

 1 /**
 2   *****************************************************************************
 3   * @file    zf_debug.h
 4   * @author  Zorb
 5   * @version V1.0.0
 6   * @date    2018-06-28
 7   * @brief   调试输出的头文件
 8   *****************************************************************************
 9   * @history
10   *
11   * 1. Date:2018-06-28
12   *    Author:Zorb
13   *    Modification:建立文件
14   *
15   *****************************************************************************
16   */
17 
18 #ifndef __ZF_DEBUG_H__
19 #define __ZF_DEBUG_H__
20 
21 #ifdef __cplusplus
22 extern "C" {
23 #endif
24 
25 #include "stdio.h"
26 #include "stdbool.h"
27 
28 #define LOG_D 0; /* 信息等级：正常 */
29 #define LOG_W 1; /* 信息等级：告警 */
30 #define LOG_E 2; /* 信息等级：错误 */
31 
32 #define _ZF_DEBUG             /* 定义调试功能 */
33 #define ZF_DEBUG_ON true      /* 启用调试功能 */
34 
35 #ifdef _ZF_DEBUG
36     #if ZF_DEBUG_ON
37         #define ZF_DEBUG(rank, x...) do     \
38         {                                   \
39             char code[10] = "[rank=0]";     \
40             code[6] = '0' + (char)rank;     \
41             if (code[6] != '0')             \
42             {                               \
43                 printf("%s", code);         \
44             }                               \
45             printf(x);                      \
46         } while(0)
47     #else
48         #define ZF_DEBUG(rank, x...)
49     #endif /* ZF_DEBUG_ON */
50 #endif /* _ZF_DEBUG */
51 
52 #ifdef __cplusplus
53 }
54 #endif
55 
56 #endif /* __ZF_DEBUG_H__ */
57 
58 /******************************** END OF FILE ********************************/

 

四、实现断言

　　在开发过程中，在关键地方进行一些断言，可以方便定位bug。

 1 /**
 2   *****************************************************************************
 3   * @file    zf_assert.h
 4   * @author  Zorb
 5   * @version V1.0.0
 6   * @date    2018-06-28
 7   * @brief   断言的头文件
 8   *****************************************************************************
 9   * @history
10   *
11   * 1. Date:2018-06-28
12   *    Author:Zorb
13   *    Modification:建立文件
14   *
15   *****************************************************************************
16   */
17 
18 #ifndef __ZF_ASSERT_H__
19 #define __ZF_ASSERT_H__
20 
21 #ifdef __cplusplus
22 extern "C" {
23 #endif
24 
25 #include "stdint.h"
26 
27 #define _ZF_ASSERT              /* 定义断言功能 */
28 #define ZF_ASSERT_ON true       /* 启用断言功能 */
29 
30 #ifdef _ZF_ASSERT
31     #if ZF_ASSERT_ON
32          #define ZF_ASSERT(expression_) ((expression_) ?\
33             (void)0 : ZF_assertHandle((uint8_t *)__FILE__, (int)__LINE__));
34     #else
35          #define ZF_ASSERT(expression_)
36     #endif /* ZF_ASSERT_ON */
37 #endif /* _ZF_ASSERT */
38 
39 /* 断言产生时的处理 */
40 void ZF_assertHandle(uint8_t *pFileName, int line);
41 
42 #ifdef __cplusplus
43 }
44 #endif
45 
46 #endif /* __ZF_ASSERT_H__ */
47 
48 /******************************** END OF FILE ********************************/

　　断言的处理很简单，就是告诉我们在哪个文件哪一行出错就可以，实现如下

 1 /**
 2   *****************************************************************************
 3   * @file    zf_assert.c
 4   * @author  Zorb
 5   * @version V1.0.0
 6   * @date    2018-06-28
 7   * @brief   断言的实现
 8   *****************************************************************************
 9   * @history
10   *
11   * 1. Date:2018-06-28
12   *    Author:Zorb
13   *    Modification:建立文件
14   *
15   *****************************************************************************
16   */
17 
18 #include "zf_assert.h"
19 #include "zf_debug.h"
20 
21 /******************************************************************************
22  * 描述  ：断言产生时的处理
23  * 参数  ：(in)-pFileName 文件名
24  *         (in)-line 行数
25  * 返回  ：无
26 ******************************************************************************/
27 void ZF_assertHandle(uint8_t *pFileName, int line)
28 {
29     ZF_DEBUG(LOG_E, "file:%s line:%d:asserted\r\n", pFileName, line);
30     
31     while (1);
32 }
33 
34 /******************************** END OF FILE ********************************/

 

五、建立时间系统

　　为了减少框架对资源的消耗，所以初步设定框架的最小时间周期为1ms，因此我们需要设置systick的定时周期为1ms，然后每次进入中断为我们的框架计数即可。

 1 /******************************************************************************
 2  * 描述  ：SysTick中断服务程序
 3  * 参数  ：无
 4  * 返回  ：无
 5 ******************************************************************************/
 6 void SysTick_Handler(void)
 7 {
 8     /* 为zorb framework提供计时 */
 9     ZF_timeTick();
10 }

　　现在时间系统提供的功能比较基础，只有系统滴答计数和系统死等待延时，后面我们开发定时器功能和任务功能的时候会重新扩展时间系统。

 1 /**
 2   *****************************************************************************
 3   * @file    zf_time.h
 4   * @author  Zorb
 5   * @version V1.0.0
 6   * @date    2018-06-28
 7   * @brief   系统时间的头文件
 8   *****************************************************************************
 9   * @history
10   *
11   * 1. Date:2018-06-28
12   *    Author:Zorb
13   *    Modification:建立文件
14   *
15   *****************************************************************************
16   */
17 
18 #ifndef __ZF_TIME_H__
19 #define __ZF_TIME_H__
20 
21 #ifdef __cplusplus
22 extern "C" {
23 #endif
24 
25 #include "stdbool.h"
26 #include "stdint.h"
27 
28 /* 系统滴答周期(ms) */
29 #define ZF_TICK_PERIOD 1
30 
31 /* 获取系统滴答数 */
32 #define ZF_SYSTICK() ZF_getSystemTick()
33 
34 /* 获取系统时间(ms) */
35 #define ZF_SYSTIME_MS() ZF_getSystemTimeMS()
36 
37 /* 系统延时(ms) */
38 #define ZF_DELAY_MS(ms_) do                            \
39 {                                                      \
40     if (ms_ % ZF_TICK_PERIOD)                          \
41     {                                                  \
42         ZF_delayTick((ms_ / ZF_TICK_PERIOD) + 1);      \
43     }                                                  \
44     else                                               \
45     {                                                  \
46         ZF_delayTick(ms_ / ZF_TICK_PERIOD);            \
47     }                                                  \
48 } while(0)
49 
50 /* 获取系统滴答数 */
51 uint32_t ZF_getSystemTick(void);
52 
53 /* 获取系统时间(ms) */
54 uint32_t ZF_getSystemTimeMS(void);
55 
56 /* 系统延时 */
57 void ZF_delayTick(uint32_t tick);
58 
59 /* 系统滴答程序(需挂在硬件的时间中断里边) */
60 void ZF_timeTick (void);
61 
62 #ifdef __cplusplus
63 }
64 #endif
65 
66 #endif /* __ZF_TIME_H__ */
67 
68 /******************************** END OF FILE ********************************/

 1 /**
 2   *****************************************************************************
 3   * @file    zf_time.c
 4   * @author  Zorb
 5   * @version V1.0.0
 6   * @date    2018-06-28
 7   * @brief   系统时间的实现
 8   *****************************************************************************
 9   * @history
10   *
11   * 1. Date:2018-06-28
12   *    Author:Zorb
13   *    Modification:建立文件
14   *
15   *****************************************************************************
16   */
17 
18 #include "zf_time.h"
19 
20 /* 系统滴答数 */
21 uint32_t ZF_tick = 0;
22 
23 /******************************************************************************
24  * 描述  ：获取系统滴答数
25  * 参数  ：无
26  * 返回  ：系统滴答数
27 ******************************************************************************/
28 uint32_t ZF_getSystemTick(void)
29 {
30     return ZF_tick;
31 }
32 
33 /******************************************************************************
34  * 描述  ：获取系统时间(ms)
35  * 参数  ：无
36  * 返回  ：系统时间(ms)
37 ******************************************************************************/
38 uint32_t ZF_getSystemTimeMS(void)
39 {
40     return ZF_tick * ZF_TICK_PERIOD;
41 }
42 
43 /******************************************************************************
44  * 描述  ：系统延时
45  * 参数  ：(in)-tick   需要延时的系统周期数
46  * 返回  ：无
47 ******************************************************************************/
48 void ZF_delayTick(uint32_t tick)
49 {
50     uint32_t startTick = ZF_getSystemTick();
51     while((ZF_getSystemTick() - startTick) < tick);
52 }
53 
54 /******************************************************************************
55  * 描述  ：系统滴答程序(需挂在硬件的时间中断里边)
56  * 参数  ：无
57  * 返回  ：无
58 ******************************************************************************/
59 void ZF_timeTick (void)
60 {
61     /* 系统滴答计数 */
62     ZF_tick++;
63 }
64 
65 /******************************** END OF FILE ********************************/

 

六、最后

　　本篇实现的功能比较基础，但是整个框架开发的根基，后面所有扩展的功能都需要在此环境下进行开发。搭建良好的调试输出环境，可以帮我们快速定位bug的所在，从而提高开发效率。

　　本文工程代码：

　　Zorb Framework github：

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