1 前言

在嵌入式MCU軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序分層設(shè)計(jì)也是重中之重，關(guān)系到整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的協(xié)同開(kāi)發(fā)，降低系統(tǒng)軟件的復(fù)雜度（復(fù)雜問(wèn)題分解）和依賴(lài)關(guān)系、同時(shí)有利于標(biāo)準(zhǔn)化，便于管理各層的程序，提高各層邏輯的復(fù)用等。

2 分層介紹

2.1 硬件抽象層（HAL）

嵌入式開(kāi)發(fā)的核心就是芯片，它提供固定的片內(nèi)資源（常用的有I/O，ISR，TIMER等，稍微好點(diǎn)的還有ADC，SPI等硬件資源，不需要芯片外圍ADC采集芯片或模擬SPI）共開(kāi)發(fā)者使用。而且它具有一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是，不隨項(xiàng)目的新增需求變動(dòng)而變動(dòng)。所以應(yīng)將其作為最底層，為上層提供基礎(chǔ)支持。

大部分情況下該層都會(huì)有芯片廠商提供相應(yīng)的庫(kù)函數(shù)包或者配置工具生成對(duì)應(yīng)API函數(shù)，基本只要知道如何配置和使用就行，當(dāng)然，也有可能存在芯片廠商提供的庫(kù)函數(shù)包或配置工具配置/使用自由度不高，需要自己查看芯片寄存器手冊(cè)增加自己需要的API函數(shù)。

2.2 硬件驅(qū)動(dòng)層（HDL）

嵌入式開(kāi)發(fā)通常都會(huì)使用片外資源，用來(lái)彌補(bǔ)硬件抽象層實(shí)現(xiàn)不了的功能或者需要擴(kuò)展的功能。

如AT24C02，W25Q128等常見(jiàn)的外圍EEPROM芯片，需要SPI通信（硬件SPI或I/O模擬的SPI）發(fā)送相應(yīng)指令驅(qū)動(dòng)該芯片，實(shí)現(xiàn)該芯片能正常工作。因此驅(qū)動(dòng)這部分的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)程序即為硬件驅(qū)動(dòng)層。即使換了MCU，也只需將調(diào)用過(guò)硬件抽象層的API函數(shù)替換即可。

2.3 功能模塊層（FML）

硬件抽象層和驅(qū)動(dòng)層主要就是為功能模塊層提供的，是實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目需要的基本功能。而這一層又為上層提供最基本的功能，各功能模塊之前沒(méi)有太多聯(lián)系。

比如KEY、LED和EEPROM等功能，其中LEY、LED基本調(diào)用硬件抽象層的API函數(shù)（更復(fù)雜的可能通過(guò)片外芯片獲取/控制等，因此可能也需要使用硬件驅(qū)動(dòng)層），EEPROM調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)層的API函數(shù)，即使EEPROM芯片更換（AT24C02或W25Q128等），也不影響EEPROM之前編寫(xiě)含的功能代碼程序（前提是AT24C02，W25Q128提供的API函數(shù)提供的是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）。

2.4 應(yīng)用程序?qū)樱ˋPL）

應(yīng)用程序?qū)又饕?fù)責(zé)的就是功能模塊的使用和之間的邏輯關(guān)系處理等等，比如用戶(hù)交互界面應(yīng)用程序可能需要按鍵（KEY）、指示燈（LED）、顯示屏（LCD）等，實(shí)現(xiàn)一系列的人機(jī)交互功能，通常應(yīng)用程序?qū)酉鄬?duì)于功能模塊層而言獨(dú)立性較低。

一般情況下也可細(xì)分出應(yīng)用業(yè)務(wù)層，但是對(duì)于單片機(jī)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，這一層的必要性反而不高，分層太多，反而顯得臃腫。

3 總結(jié)

3.1 硬件抽象層和硬件驅(qū)動(dòng)層的主要區(qū)別

硬件抽象層使用的芯片內(nèi)本身的資源（芯片手冊(cè)都有介紹），而硬件驅(qū)動(dòng)層使用的是芯片本身不存在的資源，而且需要編寫(xiě)相應(yīng)代碼才能實(shí)現(xiàn)的資源。

比如正點(diǎn)原子STM32中CAN使用的TJA1050芯片，CAN屬于STM32的片內(nèi)資源，TJA1050屬于片外資源，但由于TJA1050不需要額外的代碼就能通過(guò)STM32中CAN本身提供API函數(shù)正常 工作；因此可以認(rèn)為T(mén)JA1050不屬于硬件驅(qū)動(dòng)層，而若使用TJA1041，則需要編寫(xiě)額外代碼才能使正常工作才能使STM32中CAN本身提供API函數(shù)正常工作，因此可以將TJA1041歸為硬件驅(qū)動(dòng)層。

3.2 功能模塊層和硬件抽象層、硬件驅(qū)動(dòng)層的主要區(qū)別

功能模塊層是按照項(xiàng)目需求提取出來(lái)的功能，需要硬件抽象層和硬件驅(qū)動(dòng)層的硬件支持才能實(shí)現(xiàn)，功能模塊層根據(jù)項(xiàng)目的功能需求改變而改變，而硬件抽象層和硬件驅(qū)動(dòng)層則是項(xiàng)目需求書(shū)中的功耗等硬件相關(guān)的需求變動(dòng)而改變，當(dāng)然，若子功能的增加而硬件不支持，則也需更換硬件驅(qū)動(dòng)。

比如項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，硬件支持有AT24C02、W25Q128和芯片本身的FLASH，都可以支持?jǐn)?shù)據(jù)儲(chǔ)存功能，即使后期因?yàn)楣幕蚬?jié)約成本等問(wèn)題，硬件的更換也不影響數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能的實(shí)現(xiàn)（前提規(guī)劃好標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的API函數(shù)定義）且避免了重寫(xiě)該功能代碼所帶來(lái)的各種問(wèn)題，保證了該功能的穩(wěn)定性。

4 分層結(jié)構(gòu)示意圖

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作者：大橙子瘋

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