嵌入式軟件為啥要進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)？

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師，關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！

在如今的嵌入式軟硬件技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域，幾乎每一位工程師都會(huì)大談模塊化設(shè)計(jì)，硬件工程師在設(shè)計(jì)原理圖的時(shí)候，電源要模塊化，核心板要模塊化，功能電路要模塊化。軟件工程師在coding的時(shí)候，CPU初始化要模塊化，IIC代碼要模塊化，RTC代碼要模塊化，等等。

于是，當(dāng)大家對(duì)模塊化設(shè)計(jì)的概念和思想有了普遍共識(shí)后，我們?cè)趯?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/">單片機(jī)代碼的時(shí)候，（大多數(shù)工程師極有可能）是以下面這種代碼形式去組織產(chǎn)品的功能模塊代碼。

void main(void){    gpio_init();    //初始化GPIO    iic_init();    //初始化IIC總線    rtc_init();    //初始化RTC        while(1)    {        function_code_1();    //功能代碼1        function_code_2();    //功能代碼2????????function_code_3();    //功能代碼3    }}

這看上去似乎是非常合情合理合邏輯的，先把需要用到的硬件接口都初始化完成，然后在 while(1) 循環(huán)里面不斷地輪詢，處理我們的業(yè)務(wù)邏輯。

關(guān)于源代碼文件的存放，可能是 iic.c 和 iic.h ，gpio.c 和 gpio.h 都放在MCU的外設(shè)驅(qū)動(dòng)文件夾，功能模塊源代碼放在另一個(gè)文件夾。

（幾乎所有的單片機(jī)入門教程都是這么教我們的，外設(shè)驅(qū)動(dòng)放一塊，業(yè)務(wù)邏輯放一塊，這看上去很模塊化呀，沒啥毛病~）

然而，當(dāng)我們對(duì)這個(gè)世界的客觀事物理解越來(lái)越深刻的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)這個(gè)世界的大多數(shù)事物，都是以“模塊”的形式存在著。

我是一個(gè)模塊（職場(chǎng)嗎嘍），給公司當(dāng)牛馬；公司是一個(gè)模塊，給行業(yè)提供解決方案或產(chǎn)品；行業(yè)是一個(gè)模塊，給產(chǎn)業(yè)鏈提供完善的行業(yè)支持；產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且粋€(gè)模塊，給社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供可靠的資源支撐；社會(huì)主義是。。。扯遠(yuǎn)了：）

于是，我們上面的單片機(jī)偽代碼，比如它是一個(gè)給廣州塔按時(shí)點(diǎn)亮流水燈的控制器產(chǎn)品，用模塊化的思想就可以優(yōu)化為以下的形式；

void main(void){????light_module_init();????//燈光模塊，里面包含GPIO接口初始化????storage_module_init();??//存儲(chǔ)模塊，里面包含IIC初始化，存儲(chǔ)設(shè)備初始化????clock_module_init();????//時(shí)鐘模塊，里面包含RTC額初始化。        while(1)    {????????light_module.handler();??//處理燈光模塊的邏輯，比如定時(shí)點(diǎn)燈????????storage_module.handler();??//處理存儲(chǔ)器邏輯，比如定時(shí)保存配置數(shù)據(jù)????????clock_module.handler();????//處理時(shí)鐘或鬧鐘，比如發(fā)出定時(shí)或計(jì)時(shí)信號(hào)    }}

從以上代碼可以看出，我們把MCU外設(shè)驅(qū)動(dòng)的初始化，放在模塊的初始化函數(shù)里面進(jìn)行處理了，主循環(huán)while(1)里面也是調(diào)用了模塊提供的事務(wù)處理函數(shù)。各個(gè)模塊分工明確，只掃自家門前雪，不管他人瓦上霜。

模塊之間可以通過約定的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和通信，并且嚴(yán)格禁止跨模塊使用全局變量，模塊的接口頭文件禁止放入 “extern xxx變量” 的代碼，一旦放入這種代碼，大概率是會(huì)被下一位接坑者“友好問候”的?。

模塊化之后，事情一下子變得簡(jiǎn)單起來(lái)了，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)塔上的燈不亮了，就去檢查一下 light_module 和電源總閘唄，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)定時(shí)時(shí)間不準(zhǔn)了，就去檢查一下時(shí)鐘模塊唄。懷疑硬件驅(qū)動(dòng)有問題的，就去看看 xxx_module_init 的代碼，懷疑業(yè)務(wù)邏輯的，就去看看 xxx_module_handler 代碼。

模塊化設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種重要方法論，但通常這種方法論描述得過于抽象，難以理解，以下是模塊化設(shè)計(jì)的核心哲學(xué)思想，我們可以嘗試通俗地理解這些思想背后的目標(biāo)。

1、高內(nèi)聚、低耦合、接口明確

模塊內(nèi)部的各個(gè)變量各個(gè)函數(shù)，都給咱統(tǒng)一管理起來(lái)，不對(duì)外的函數(shù)要static，不想讓模塊使用者知道的內(nèi)容，就不要放在接口頭文件，對(duì)外接口要規(guī)范，提供明確的接口使用指導(dǎo)。

2、可重用性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性

模塊源碼被使用時(shí)，可以輕松復(fù)制粘貼，模塊使用者只需遵循接口規(guī)范，通過正確的輸入即可獲得正確的輸出。模塊作者給模塊擴(kuò)展功能時(shí)，不需要重寫所有代碼。模塊設(shè)計(jì)者在維護(hù)模塊某個(gè)功能時(shí)，只需專注某個(gè)局部，而不是模塊全局。

3、單一職責(zé)原則

一個(gè)模塊只負(fù)責(zé)一項(xiàng)任務(wù)（或者一項(xiàng)功能），其他不屬于自己分內(nèi)的事情，就別管了（也管不了），各家只掃門前雪就行了！

4、分層架構(gòu)、配置管理

模塊化的內(nèi)在設(shè)計(jì)可以采用分層架構(gòu)，每一層負(fù)責(zé)處理不同的抽象級(jí)別。也就是說(shuō)，模塊內(nèi)部之間也要有層次感，模塊內(nèi)部也不是一鍋亂燉的東西，最起碼的層次階級(jí)還是要有的，并且還要提供適當(dāng)?shù)呐渲梦募ɑ驍?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）來(lái)控制模塊的功能與行為。

5、測(cè)試與驗(yàn)證

哪里出問題了，直接找出問題的模塊就行，電源出問題了，一開始該不會(huì)去懷疑網(wǎng)絡(luò)通信不了而導(dǎo)致電源出問題吧？！模塊化設(shè)計(jì)的軟件，使得對(duì)單個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證或者找問題變得更加容易，有助于提高軟件整體質(zhì)量。

通過遵循這些設(shè)計(jì)哲學(xué)，嵌入式軟件的開發(fā)可以更加高效，最后，需要補(bǔ)充的一點(diǎn)就是，如果產(chǎn)品的功能邏輯肉眼可見的簡(jiǎn)單，就不用扯啥模塊化了，用最直接簡(jiǎn)單粗暴的方式來(lái)操作硬件，完成功能開發(fā)，怎么方便怎么來(lái)，別整啥模塊化給自己制造麻煩了。

模塊化思想，是適用于對(duì)中大型的產(chǎn)品業(yè)務(wù)軟件進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的，并不具備普適性用途，也不是放之四海而皆準(zhǔn)的真理，工程師們還是需要具體問題具體分析，按需使用。