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
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2023-04-03 10:33:06
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搭建一：嵌入式环境搭建、调试输出和建立时间系统 嵌入式框架Zorb Framework搭建二：环形缓冲区的实现 嵌入式框架Zorb Framew ......
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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