嵌入式軟體架構設計-訊息互動

大橙子瘋發表於2022-07-05
架構

1、前言

        在熟悉任務排程、程式分層和模組化程式設計關於軟體架構、分層和模組設計後，除了函式呼叫設計中出現的情況外，還會遇到同層模組之前如何進行訊息互動，通常是應用層之間。

        比如一個裝置通過架構設計包含人機互動應用層模組（一般會呼叫按鍵和螢幕等功能驅動模組）和通訊應用層模組（一般呼叫串列埠、CAN和網路ESP8266等功能驅動模組），兩個同層之間的模組如果需要互傳資料，一般都是呼叫各自標頭檔案提供的介面（模組對外提供的介面儘量不要使用全域性變數，防止其他模組擅自修改），這樣就造成了耦合。

2、解決思路

上述情況，也可以採用回撥函式的實現方式進行模組解耦，但是需要引入新的內容，即公共模組Commoon層（包含第三方功能庫）。

 公共模組主要有各模組都需要使用的型別定義、結構體定義、通用函式或常用巨集定義等（通常屬於基礎類的功能，不會受功能需求和不同平臺的影響）。

基於公共模組，為了解決各模組之前的資料互動，可以通過公共模組實現基礎類的功能達到各應用層模組解耦的目的。

參考訊息佇列的方式，可以實現一個生產者/消費者的功能模組（這種可以稱作觀察者模式，即存在觀察者和被觀察者），即某一模組更新資料後，其他模組可以第一時間得到通知更新（採用回撥函式的方式實現）

看圖：

Callback 是一個指標陣列變數，每個陣列成員都是函式指標型別的變數，通過函式 Notify_Attach 拿到了應用層程式碼函式 OnSaveParam(...) 和OnUpdateParam(...)的函式地址，之後人機互動模組呼叫了 Notify_EventNotify，從而呼叫 Callback ，呼叫方式和直接呼叫 OnFunction(...) 存在些許差異，因為是陣列，所有需要 [ ] 取函式地址，為了保證系統執行安全，呼叫前要確保  Callback[i] 不為 NULL，否則會引起程式異常。

從上述看，也許有人感覺這樣處理反而複雜了，直接呼叫不香嗎？（上述人機互動模組屬於被觀察者，引數和其他模組屬於觀察者）

有以下幾個好處：

  1. 避免各模組相互呼叫，可完成解耦
  2. 即使 觀察者 模組其中一個被移除，也不用修改 被觀察者 或者 其他觀察者 程式碼，保證系統穩定
  3. 新增一個 觀察者 模組，也不需要修改 被觀察者 程式碼，保證系統穩定

當然這種方式也有缺點：

  1. 如果回撥函式過多，或者某一個 觀察者 的回撥函式執行時間很長，肯定會影響到其他觀察者 模組的通知時間，甚至影響 被觀察者 模組的正常執行
  2. 如果 觀察者 和 被觀察者 之間有迴圈依賴，就會導致他們迴圈呼叫，導致系統當機

避免方式：

  1. 回撥函式中一定要保證執行的時間短，不能有執行時間長的功能，甚至延時（一般回撥中處理資料更新等執行時間短的即可，資料更新後的需要花時間處理的可以在主迴圈執行）
  2. 觀察者回撥函式中儘量避免執行其他觀察者的回撥函式，防止迴圈呼叫

3、示例程式碼

事件通知模組標頭檔案

#ifndef _NOTIFY_H_
#define _NOTIFY_H_


#include <stdint.h>


/**
  * @brief 應用模組ID列舉定義
  *
  */
typedef enum
{
    NOTIFY_ID_HMI = 0,   // 人機互動模組
    NOTIFY_ID_SYS_PARAM, // 引數管理模組

    NOTIFY_ID_TOTAL
} NotifyId_e;

/**
  * @brief 事件型別列舉定義
  *
  */
typedef enum
{
    NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE,     // 引數更新事件, 對應結構體 PrramUpdateInfo_t

    NOTIFY_EVENT_TOTAL
} NotifyEvent_e;


typedef struct
{
    uint16_t addr;
    uint32_t param;
}PrramUpdateInfo_t;


typedef int (*EventNotifyCB)(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length);


extern void Notify_Init(void);

extern int Notify_Attach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, EventNotifyCB pfnCallback);
extern int Notify_Detach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent);
extern int Notify_EventNotify(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length);

#endif /* _NOTIFY_H_ */

事件通知模組原始檔：

#include "notify.h"
#include <string.h>

static EventNotifyCB sg_pfnCallback[NOTIFY_ID_TOTAL][NOTIFY_EVENT_TOTAL];

/**
  * @brief      事件初始化
  *
  */
void Notify_Init(void)
{
    memset(sg_pfnCallback, 0, sizeof(sg_pfnCallback));
}

/**
  * @brief      新增事件監聽通知
  *
  * @param[in]  id          應用模組ID
  * @param[in]  eEvent      事件
  * @param[in]  pfnCallback 回撥函式
  * @return     0,成功; -1,失敗
  */
int Notify_Attach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, EventNotifyCB pfnCallback)
{
    if (id >= 0 && id < NOTIFY_ID_TOTAL && eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL)
    {
        sg_pfnCallback[id][eEvent] = pfnCallback;
        return 0;
    }

    return -1;
}

/**
  * @brief      刪除事件監聽通知
  *
  * @param[in]  id          應用模組ID
  * @param[in]  eEvent      事件
  * @return     0,成功; -1,失敗
  */
int Notify_Detach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent)
{
    if (id >= 0 && id < NOTIFY_ID_TOTAL && eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL)
    {
        sg_pfnCallback[id][eEvent] = 0;
        return 0;
    }

    return -1;
}

/**
  * @brief      事件通知
  *
  * @param[in]  id          應用模組ID
  * @param[in]  eEvent      事件型別
  * @param[in]  pData       訊息內容
  * @param[in]  length      訊息長度
  * @return     0,成功; -1,失敗
  */
int Notify_EventNotify(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length)
{
    int i;

    if (eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL)
    {
        for (i = 0; i < NOTIFY_ID_TOTAL; i++)
        {
            if (sg_pfnCallback[i][eEvent] != 0)
            {
                sg_pfnCallback[i][eEvent](id, eEvent, pData, length);
            }
        }

        return 0;
    }

    return -1;
}

引數應用層模組：

#include "notify.h"

static int Param_OnNotifyProc(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length);

void Param_Init(void)
{
    Notify_Attach(NOTIFY_ID_SYS_PARAM, NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE, Param_OnNotifyProc);
}

// 事件回撥處理
int Param_OnNotifyProc(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length)
{
    switch (eEvent)
    {
    case NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE:
        {
            PrramUpdateInfo_t *pInfo = (PrramUpdateInfo_t *)pData;
            SaveParam(pInfo->addr, pInfo->param);// 儲存引數
        }
        break;
    default:
        break;
    }

    return 0;
}

人機互動應用層模組

#include "notify.h"

void Hmi_Init(void)
{

}

// 需要儲存引數
int Hmi_SaveProc(void)
{
    ParamUpdateInfo_t info;
    
    info.addr = 5;
    info.param = 20;
    
    Notify_EventNotify(NOTIFY_ID_HMI, NOTIFY_EVENT_HMI_UPDATE, &info, sizeof(ParamUpdateInfo_t));
}

 

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