C语言分层模式实现
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作者：华清远见讲师
今天给大家带来单片机、嵌入式中比较常用的一种程序设计方法--分层设计模式，内核中就大量采用这种设计方式，一般对于某种硬件体系分为几层，以一个核心层来管理，它会抽象出硬件或者个体的共性操作来进行管理，很像在用C语言实现面向对象的设计。
下面就以实际代码来简单说明。假设我们有这么一种需求，需要从某些设备读取一些数据，但是这些设备可能有51体系的，也可能有arm体系的。那么我们应该抽象一个数据结构来表示这种这些发送数据的设备。这就是核心层需要做的工作，假如我们设备有两个共性：
1.使用前需要初始化
2.能收到数据
那么我们的数据结构就应该这么抽象：
struct ReceiveOpr
{
int (*getDevData)(char data[]); //设备接收数据的函数
int (*devInit)(); //设备初始化函数
};
但是核心层管理的不仅仅是一个设备，为了方便核心层能找到某个设备，那么就需要给设备一个标示，这个标示可以有很多种，比如设备名字，产品id等等，这里我们以设备名来区分。所以上面结构体就应该继续添加名字成员，变为：
struct ReceiveOpr
{
char *name; //接收设备的名字
int (*getDevData)(char data[]); //设备接收数据的函数
int (*devInit)(); //设备初始化函数
};
那么核心层如何管理这些设备呢?比较简单也是比较常见的就是设备链表了，也就是我们普通的数据结构链表，所以还需要一个指针，来操作这个设备链表，于是，结构体应该再添加一个成员，变为：
struct ReceiveOpr
{
char *name; //接收设备的名字
int (*getDevData)(char data[]); //设备接收数据的函数
int (*devInit)(); //设备初始化函数
struct ReceiveOpr *next; //用来管理链表
};
内核中有种双向链表的数据结构 list_head，它提供了更为强大的链表管理能力，是内核最核心的数据结构之一，有兴趣也可以移植那个来用。到这里，我们的接收设备的功能抽象就基本完成了(如果在实现过程中发现还需要其他成员，可以随时添加)。
那么核心层如何具体去实现呢?贴一下代码通过注释就能明白。
receive_manager.h---输入设备核心层头文件
#ifndef _RECEIVE_MANAGER_H
#define _RECEIVE_MANAGER_H
struct ReceiveOpr
{
char *name; //接收设备的名字
int (*getDevData)(char data[]); //设备接收数据的函数
int (*devInit)(); //设备初始化函数
struct ReceiveOpr *next; //用来管理链表
};
//函数声明
int registerRecvOpr(struct ReceiveOpr *p);
int selectRecvDev(char *name);
int getDevData(char data[]);
int recvDevInit();
int recvManagerInit();
#endif /* _RECEIVE_MANAGER_H */
receive_manager.c---输入设备核心层实现文件
#include
#include
#include
static struct ReceiveOpr *listReceiveHead = NULL; //设备链表的链表头
static struct ReceiveOpr *defaultDev = NULL; //需要操作的设备指针
/**
* @brief 核心层提供给具体设备的注册函数，每个设备都要提供上面的结构体指针，然后注册到核心层
* @param p 表格行数
*/
int registerRecvOpr(struct ReceiveOpr *p)
{
struct ReceiveOpr *listTmp;
if (!listReceiveHead)
{
listReceiveHead = p;
p->next = NULL;
}
else
{
listTmp = listReceiveHead;
while (listTmp->next)
{
listTmp = listTmp->next;
}
listTmp->next = p;
p->next = NULL;
}
return 0;
}
/**
* @brief 根据name在链表中找到相应的设备，然后赋给指针 defaultDev
* @param name 设备名字
*/
int selectRecvDev(char *name)
{
struct ReceiveOpr *listTmp = listReceiveHead;
while (listTmp)
{
if (strcmp(listTmp->name, name) == 0)
{
defaultDev = listTmp;
return 0;
}
listTmp++;
}
return -1;
}
/**
* @brief 根据指定的defaultDev，取出其中的数据，存到data数组中
* @param data 数组指针
*/
int getDevData(char data[])
{
int ret;
if(defaultDev)
{
ret = defaultDev->getDevData(data);
return ret;
}
else
{
return -1;
}
}
/**
* @brief 根据指定的defaultDev，对其进行初始化
*/
int recvDevInit()
{
if(defaultDev)
{
if(defaultDev->devInit() == 0)
{
return 0;
}
else
{
return -1;
}
}
else
{
return -1;
}
}
/**
* @brief 对需要管理的设备进行注册，后边会说到
*/
int recvManagerInit()
{
registerArmRecv();
return 0;
}
核心层简单的管理工作就完成了，总结下就是：
1.提供 registerRecvOpr 接口给具体设备用，并把设备添加到设备链表
2.提供 recvDevInit、selectRecvDev、getDevData接口给上层用，来选择设备并使用设备
那么我们具体的设备要怎么做呢，就是实现核心层定义的结构体，然后注册到核心层即可，下面以一个模拟设备来说明
arm_recv.c---假设这是arm体系下一个设备，功能没有实现，只是模拟用
#include
static char buf[16];
static int fd;
static int getArmRecvDev(char data[]);
static int armRecvInit();
//这是核心层提供的设备抽象，具体设备文件就是需要去挨个实现这些成员
static struct ReceiveOpr armRecvDev = {
.name = "arm_recv",
.getDevData = getArmRecvDev,
.devInit = armRecvInit,
};
//提交数据的函数，只是模拟而已
static int getArmRecvDev(char data[])
{
int i, j=0;
int ret;
ret = read(fd, buf, 16);
if(ret > 0)
{
for(i=0; i<16; i++)
{
if(i%2 == 0)
{
data[j] = buf[i];
j++;
}
}
return (ret / 2);
}
else
{
return -1;
}
}
//设备初始化函数
static int armRecvInit()
{
fd = open("/dev/power", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open arm_recv!n");
return -1;
}
else
{
printf("open arm_recv success!n");
}
return 0;
}
//注册函数，核心层初始化时候会依次调用各个设备的注册函数
int registerArmRecv(void)
{
return registerRecvOpr(&armRecvDev);
}
这里只是举了一个例子，具体的设备功能当然要复杂的多，假如还有个51体系的，或者stm32的，那么完全可以再实现两个文件：51recv.c和stm32.c来注册
到核心层。
最后，来看下上层如何通过核心层来操作具体设备
main.c---使用实例
#include "receive_manager.h"
int main(int argc, char **argv)
{
int ret;
char buf[8];
recvManagerInit(); //注册各个输入设备
selectRecvDev("arm_recv"); //选择要操作的设备
recvDevInit(); //对选择的设备进行初始化
while(1)
{
ret = getDevData(buf); //操作设备
printf("%dn", ret);
}
}
简单吧，这样的设计使我们的程序层次感更加明了，方便管理我们的项目。这里只是简单的做了介绍，实际项目中使用的核心层管理要复杂的多。
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