3段式程序架构设计(更新实现方式说明和例子)

屋脊雀

在STM32上实现了最简单的例子，请见附件。
具体如何实现的，在附件文档有说明。

欢迎大家继续讨论。

三段式程序架构设计.rar (3.61 MB, 下载次数: 370)

2018-9-14 16:44 上传

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屋脊雀工作室编撰

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如果你认真看了前面的文档，会发现一个我们的教程跟其他教程的不同点：其他教程都是在教你如何用这个设备，我们说的是，如何给这个设备写驱动。其中，我们一直在强调的一点是，要提供良好的接口给应用使用。
为什么呢？因为，一个复杂项目，底层通常是跟应用分开的。
为了应付复杂的程序，通常需要一个大概的程序架构设计。下面，我们一起学习一种常见的程序架构设计。

为什么

为什么需要架构设计呢？

固件更新

到目前为止，下载程序，我们有两种方法：

• 通过串口下载，在下载过程中，需要控制boot管脚。
• 通过JTAG(SW)调试口下载。
  

在真实产品开发中，调试口只存在于PCB上，预留测试点。没见过有产品外露调试口的。
有外露串口的，也有用牙签顶住一个小洞就能更新固件的，少，很少。
产品需要支持其他方式更新固件，例如U盘、USB、无线OTA更新方式。

怎么做？

当前芯片基本上都支持IAP功能。
简单的说，就是，在运行程序时，可以通过程序擦写FLASH，写新的程序到FLASH上。
那么我们可以通过IAP在应用更新固件。

应用和驱动分离

功能复杂，程序就大，人就多。
遇到问题就扯皮。
有的公司，会将底层打包为库，丢给应用使用，应用将自己的程序跟底层库一起打包编译。
这样的方式，并不能解决问题。
除了扯皮，也有实际问题。

• 多应用
  有很多行业，一个设备，会卖给不同的客户，不同的客户就有不同的需求，就需要不同的程序。
  如果底层已一个BUG，需要修改，那么就需要发布N个程序。
• 升级压力
  如果程序比较大，例如驱动有200K，应用有200K，一起400K，那么，OTA就要传输400K。
  如果两者分开，只有一个修改的时候，只需要OTA 200K。
• 促进发展
  如果将底层和APP分离，务必就有一套标准的接口。
  

如何做？
牵涉以下问题：

• 空间分配
  驱动跟应用分离，意思是，驱动一个工程，单独编译。应用是另外一个工程，单独编译。
  那么FLASH和RAM空间就需要分开，通过分散加载文件实现。
  RAM，分开的是全局变量空间。临时变量用的是栈，不需要分开。
• 时间片
  如果驱动没有时间片需求，那么驱动，就类似一堆库函数。应用只要调用就行了。
  如果驱动有要轮询的任务呢？
  

• 可以放在一个低优先级的定时器中轮询。-----不建议
• 去不放在一个函数中，让应用带着跑--------如果应用是小循环模式，带着跑很不方便。
• 上RTOS，驱动掌控RTOS，应用做为一个RTOS的一个任务----------强烈建议用这个方法。
  

• 接口
  应用如何调用底层接口呢？
  CPU执行一个函数，就是将PC指针指向函数。
  写程序时，我们经常会用函数指针。
  APP和驱动的沟通，就是通过函数指针来实现。
• 分离的缺陷
  驱动和应用都会链接标准库，代码会大一点。
  

常见架构

我们常见的架构方式是：3段式框架。
如下图：

戏称三权分立

• BOOT
  最先启动的代码，负责固件更新，并包含最基础的固件下载功能。
  启动后，跳到CORE运行位置，丢失控制权。
• CORE
  通常包含驱动，测试程序。可能会支持更多的固件下载方式。
  部分软件模块也放在CORE。例如文件系统等软件模块。
  所有给应用使用的接口，放在固定位置，以便APP调用。
  如果没有使用RTOS，右边就不是获取，而是跳到APP任务，一单跳过去，CPU控制器就归APP了。
• 应用程序
  实现应用逻辑，通过调用底层接口控制硬件设备。
  

关键流程

BOOT启动，校验固件，跳转还是更新。
CORE运行，环境初始化，驱动APP任务。
APP，其实就是一个函数。

实现

只讨论基于RTOS的情况。
硬件基于STM32F407。
只讨论关键技术。

分散加载文件划分

BOOT跳到CORE

CORE启动APP任务

驱动接口的定义

IAP

---

end

ufbycd

qiousanxi 发表于 2018-9-9 13:52
我也做过这样的尝试，用的离散变量和函数指针，可惜没有成功

我想了下，现在很多源码不开源的无线模块（GSM模块等）支持的二次开发，其实现的方式好像就是楼主说的这种。其编译应用的时候确实不需要链底层的静态库（不过要链接一个很小的库）

我想到的实现方法是这样的：底层驱动维护一张函数表，这张表类似于MCU中断框架里的中断向量表，该表的地址（即API函数地址）是固定的，但API函数会像中断处理函数一样跳转到实际的底层驱动函数。

但用上面的方法，编译应用的时候还是要链接那张函数表。我想了想：如果编译应用时完全不链接与底层相关的静态库，那应用是通不过编译的！APP应用肯定要知道API函数的地址在哪里！楼主，你说呢。

钩月黄昏

我很想知道怎么实现应用和驱动分开编译，然后只更新驱动？

屋脊雀

钩月黄昏 发表于 2018-9-7 08:33
我很想知道怎么实现应用和驱动分开编译，然后只更新驱动？

修改分散加载文件，应用和驱动放在不同的FLASH上，RAM也分一人一块。
更新，用自己的BOOT更新，写内部FLASH

ufbycd

屋脊雀 发表于 2018-9-8 00:27
修改分散加载文件，应用和驱动放在不同的FLASH上，RAM也分一人一块。
更新，用自己的BOOT更新，写内部FL ...

编译应用的时候不用链接驱动的静态库文件？

屋脊雀

ufbycd 发表于 2018-9-8 09:31
编译应用的时候不用链接驱动的静态库文件？

不链接，通过函数指针，函数指针固定在FLASH位置或者RAM位置。

yklstudent

能分享一下范例具体说明下就最好了

qiousanxi

请教下，你这是一个工程编译的，还是两个工程
如果是一个工程，你app改变，你的驱动位置不会变吗？

如果是两个工程，你app怎么定位，驱动的位置？

对这种东西挺感兴趣的，

钩月黄昏

屋脊雀 发表于 2018-9-8 12:16
不链接，通过函数指针，函数指针固定在FLASH位置或者RAM位置。

那驱动函数由于每个地址都需要提前确定，这样每个函数都得指定地址？RAM怎么分开呢？也是通过散列文件实现？

cmz

是的，能出个教程就最好了，刚来公司，也是熟悉bootloader，想了解多一点

qiousanxi

能给个点灯例程，一起讨论下

qiousanxi

我也做过这样的尝试，用的离散变量和函数指针，可惜没有成功

qiousanxi

ufbycd 发表于 2018-9-9 22:54
我想了下，现在很多源码不开源的无线模块（GSM模块等）支持的二次开发，其实现的方式好像就是楼主说的这 ...

可以讨论下，有空

屋脊雀

ufbycd 发表于 2018-9-9 22:54
我想了下，现在很多源码不开源的无线模块（GSM模块等）支持的二次开发，其实现的方式好像就是楼主说的这 ...

是要维护一张表，而且表的地址固定。

如果应用是作为一个TASK的话。
底层可以在调用这个TASK的时候传入表，这样就不用固定位置了。

屋脊雀

yklstudent 发表于 2018-9-8 13:54
能分享一下范例具体说明下就最好了

会有的，没写完

屋脊雀

qiousanxi 发表于 2018-9-8 15:24
请教下，你这是一个工程编译的，还是两个工程
如果是一个工程，你app改变，你的驱动位置不会变吗？

三个工程，BOOT一个，CORE一个，APP一个

屋脊雀

钩月黄昏 发表于 2018-9-9 07:38
那驱动函数由于每个地址都需要提前确定，这样每个函数都得指定地址？RAM怎么分开呢？也是通过散列文件实 ...

方法1 把所有要提供给APP的函数放到一个结构体，位置固定。
方法2 把所有接口封装为open,close,read write ioctrl。提供给APP的只有这5个函数。

通常，我们用方法1.
RAM也是分散加载文件，只需要关心全局变量。

屋脊雀

cmz 发表于 2018-9-9 12:46
是的，能出个教程就最好了，刚来公司，也是熟悉bootloader，想了解多一点

正在改一个STM32F407的DEMO

屋脊雀

qiousanxi 发表于 2018-9-9 13:51
能给个点灯例程，一起讨论下

呵呵，，我们一般不点灯了，用串口LOG。

cmheia

呵呵，看了下你的串口LOG，似乎实现得太简单了点，还可以搞得更好用。

wlq390934605

这么麻烦，为什么不上linux; 然而MCU并不是不能这样做，而是它所具备的标准和应用面让它并不适合这么干。买个Linux核心板，似乎比MCU核心板便宜的多吧。

ufbycd

wlq390934605 发表于 2018-9-10 23:41
这么麻烦，为什么不上linux; 然而MCU并不是不能这样做，而是它所具备的标准和应用面让它并不适合这么干。买 ...

Linux任务切换时间是毫秒级的，在时序要求高的场合还不如8位MCU的响应速度。
另外就是系统稳定性，Linux系统毕竟太复杂，底层出个Bug就搞死人。

wlq390934605

ufbycd 发表于 2018-9-11 12:08
Linux任务切换时间是毫秒级的，在时序要求高的场合还不如8位MCU的响应速度。
另外就是系统稳定性，Linux ...

我只记得四核A64比H7核心板便宜多了，STM32也并非完全不可能不会有MMU

屋脊雀

wlq390934605 发表于 2018-9-11 14:20
我只记得四核A64比H7核心板便宜多了，STM32也并非完全不可能不会有MMU

H7多少钱？
我们天天在为了省几毛钱而奋斗。
我们经常用的是10块钱左右的芯片。

qiousanxi

大神加油！！！很期待

屋脊雀

qiousanxi 发表于 2018-9-12 00:52
大神加油！！！很期待

已更新，请查收附件。

qiousanxi

我也搞了一个，有点问题。用freertos作为核心，在app里面加载创建任务时卡死

qiousanxi

好好研究下大老的代码，谢谢分享

qiousanxi

很厉害！！！！思路很好，再次谢谢大佬的分享

屋脊雀

qiousanxi 发表于 2018-10-17 19:02
很厉害！！！！思路很好，再次谢谢大佬的分享

希望在实际项目你能用上。

yenhok

楼主讲的真好，高级应用确实需要分离，俗称解耦合，另外还可以防止多人合作扯皮。这种思想，楼主应该研究过Linux或者RT-thread

yaojian

mark   

yaojian

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yaojian

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