在今天的帖子中，我們將探討開發(fā)人員在沒有硬件的情況下開發(fā)軟件所需的思維方式轉(zhuǎn)變。

以應(yīng)用為中心的開發(fā)

在當(dāng)今的現(xiàn)代開發(fā)周期中，嵌入式開發(fā)人員需要做出的第一個(gè)思維轉(zhuǎn)變是沒有硬件。我們不是從硬件開始，然后一路向上，而是將注意力和開發(fā)重點(diǎn)放在應(yīng)用程序上。開發(fā)人員應(yīng)該關(guān)注應(yīng)用程序功能、它們之間的關(guān)系以及它們操作的數(shù)據(jù)。

專注于應(yīng)用程序而不是硬件具有幾個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。首先，它將開發(fā)人員的注意力轉(zhuǎn)移到應(yīng)用程序功能上。其次，以應(yīng)用程序?yàn)橹攸c(diǎn)，開發(fā)人員可以識(shí)別各種功能所需的數(shù)據(jù)作為輸入和輸出，以及這些數(shù)據(jù)如何在應(yīng)用程序中流動(dòng)。這種對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)注具有抽象和消除硬件依賴性的額外好處!最后，以應(yīng)用程序?yàn)橹行牡拈_發(fā)允許我們?cè)跊]有硬件的情況下模擬、建模和測(cè)試我們的應(yīng)用程序代碼。這為我們提供了創(chuàng)建自動(dòng)化回歸測(cè)試、最小化目標(biāo)調(diào)試時(shí)間和在 PC 環(huán)境中測(cè)試我們的應(yīng)用程序的能力，這比在目標(biāo)環(huán)境中更容易工作。

沒有按鈕!

讓我們看一個(gè)簡單的例子。嵌入式開發(fā)人員經(jīng)常需要編寫一個(gè)可以消除開關(guān)抖動(dòng)的函數(shù)。傳統(tǒng)上，開發(fā)人員會(huì)定期調(diào)用他們的 debounce 函數(shù)，該函數(shù)將讀取 GPIO 線，然后運(yùn)行 debounce 算法。這里的問題是去抖動(dòng)功能直接依賴于硬件!如果GPIO線發(fā)生變化，需要更新功能!將硬件更改為新的微控制器，該功能需要使用新的 GPIO 驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用進(jìn)行更新。對(duì)功能進(jìn)行單元測(cè)試感興趣?這要困難得多，因?yàn)樵摴δ苋Q于硬件。

顯然，這不是一個(gè)很好的解決方案，即使我們一直這樣編寫代碼!相反，我們需要認(rèn)識(shí)到?jīng)]有按鈕!只有數(shù)據(jù)包含代表按鈕的狀態(tài)。按鈕去抖功能應(yīng)該采用代表當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)的參數(shù)，而不是讓去抖開關(guān)直接訪問 GPIO 硬件。這將功能與硬件解耦，并允許在沒有硬件的情況下對(duì)功能進(jìn)行完全測(cè)試!只需傳入數(shù)據(jù)以測(cè)試開關(guān)去抖算法是否正常工作!這也意味著我們可以構(gòu)建回歸測(cè)試!

設(shè)計(jì)無硬件系統(tǒng)

一般來說，嵌入式開發(fā)人員可以遵循幾個(gè)步驟來編寫他們的應(yīng)用程序代碼，從而打破他們的硬件依賴關(guān)系。

首先，識(shí)別硬件生成或使用的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)將成為傳遞給應(yīng)用程序功能函數(shù)的參數(shù)。對(duì)于 debounce 示例，這只不過是 ButtonState。函數(shù)原型可能如下所示：

bool Button_Debounce(ButtonState_t const ButtonState);

接下來，創(chuàng)建一個(gè)可用于獲取硬件狀態(tài)的抽象。 在 PC 上運(yùn)行時(shí)，此功能將僅鏈接到可以模擬硬件的數(shù)據(jù)生成器。 當(dāng)硬件存在時(shí)，該函數(shù)鏈接到返回硬件狀態(tài)的 GPIO 驅(qū)動(dòng)程序。 這使開發(fā)人員可以在有或沒有硬件的情況下進(jìn)行操作。 這將導(dǎo)致應(yīng)用程序代碼如下所示：

bool ButtonDebounced = false;
ButtonState_t ButtonState = Button_StateGet();
ButtonDebounced = Button_Debounce(ButtonState);

最后，還可以進(jìn)行抽象以將數(shù)據(jù)發(fā)布到硬件。這對(duì)于去抖動(dòng)算法來說不是必需的，但如果應(yīng)用程序組件要控制 LED、閥門、電機(jī)等，則可能是必需的。這再次允許開發(fā)人員在 PC 或硬件上運(yùn)行應(yīng)用程序之間切換 .

結(jié)論

希望提高代碼穩(wěn)健性、降低總體成本和縮短上市時(shí)間的嵌入式開發(fā)人員可以從編寫沒有硬件的應(yīng)用程序代碼中受益匪淺。這并不總是可行或值得的，但對(duì)于許多現(xiàn)代系統(tǒng)來說，這是一種可以顯著改進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)。它的好處是使應(yīng)用程序易于測(cè)試，并最大限度地減少了在目標(biāo)上調(diào)試所花費(fèi)的時(shí)間。