【专题1：电子工程师】 之 【6.从0到1搭嵌入式软件框架 - 【1.系统概述】】

  笔者在嵌入式领域深耕6年，对嵌入式项目构建，BLDC电机控制，产品上位机开发以及产品量产和产品售后维护有多年工作经验。经验分享，从0到1， 让我带你从实际工作的角度走进嵌入式成长之路。

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1.概述

  产品使用的是stm32f103rbt6作为主控芯片（其它主控也类似），有128KB的iROM和20KB的iRAM。

  这里的iROM是nor flash（上电即可以使用，数据掉电不丢失），它是直接接在stm32地址总线上的，并且程序是运行在该flash上（可以通过配置，下载程序时是运行在flash上，还是运行在iRAM上）。

  这里的iRAM是静态内存，静态内存是不用初始化的，上电即可使用，但掉电不能保持数据。iROM和iRAM都是芯片厂商集成在mcu内部的，如果程序大小超过128KB，可以外接一颗内存芯片，但会额外增加硬件成本。

  文章【专题1：电子工程师】 之 【2.SoC/MCU常用外存和内存的部署问题】 有详细解释各种存储介质的特性。很多芯片的启动做的非常复杂，主要是因为这些存储介质本身的特性决定的，同时在设计时，还必须考虑系统成本。

  为了节省成本，不外接任何存储介质，并且直接使用mcu内部高速时钟，这种配置对于99%的应用已经够用了。

  整个系统由stm32_bootloader，stm32_app，上位机，微信小程序和服务器5部分组成（stm32_app是必须要的，其他的看产品的功能）。系统上电之后，先运行bootlaoder，bootloader对芯片进行校验以及对app进行校验，都校验通过之后，跳转到app中运行产品的业务逻辑。如果需要升级，再从app跳转到bootloader，对app的空间进行擦除以及写新的固件到里面。

2.stm32_bootloader

①　更新stm32_app，iap升级。

②　对stm32_app进行校验。

③　对芯片进行校验：硬件抄板是非常容易的，如果mcu里面的固件没有加密的话，3000元左右就可以在淘宝上叫人把flash里面的程序拷贝出来，这将给公司带来致命损失，所以固件必须加密。每一颗stm32芯片都有一个全球唯一的UID，我们可以通过UID和一段固定的算法对芯片进行加密，想要破解这种加密是非常困难的，几乎不可能。

④　跳转到stm32_app中运行。

⑤　和上位机进行通信。

3.stm32_app

①　产品真正的业务逻辑代码。

②　和上位机进行通信。

4.上位机

①　更新产品固件，通过上位机和stm32_bootloader，可以更新stm32_app，也就是做iap升级。

②　对产品的参数进行标定。

③　产品的下线测试。

④　产品的故障诊断，主要用于售后。

⑤　对服务器的固件进行管理，譬如上传和下载。

⑥　对最原始的bin文件进行加密。

5.服务器（不是必须的，可以用来做iot升级）

①　存储产品固件，让产品可以通过微信小程序升级。

②　收集用户信息，给用户精准推荐商品。

③　集成一个微信商城。

④　收集终端用户的故障信息。

6.微信小程序（不是必须的，可以用来做iot升级）

  微信小程序是跨平台的，开发好之后可以直接Android和ios系统上的微信上运行，如果产品是国内市场，这是没有问题的。因为额外配备一个Android工程师和ios工程师，会给团队增加人员成本。

①　升级产品固件。

②　产品标定。

③　故障诊断。

7.stm32_bootloader或stm32_app软件组成

7.1.通信模块

  这个模块用于响应从数据接口过来的数据，譬如手机端或电脑端的输入，用于数据通信。
  包含的第1个模块：fifo（负责数据的收发）

• 硬件代理层指针
• 循环队列对象
  包含的第2个模块：解析和执行器对象

7.2.驱动模块

  每一个操作硬件的函数最好是原子操作，譬如转动电机，分为三步，启动电机，设置速度，停止电机
  分为三层：
    业务逻辑层：譬如转动电机，它通过组合式的调用硬件代理层的接口实现具体的操作
    硬件代理层：主要是为了做到业务逻辑代码和硬件操作的隔离，类似于接口的作用
    硬件平台层：具体的操作硬件的接口，和平台有关

7.3.module模块

  将整个系统化为为多个模块，譬如led模块，led的不同闪烁频率或节奏表示系统处于不同的工作状态；电机模块。
  如果这个模块有数据结构，需要专门保存在模块的对应结构体中。

7.4.产品模块

  这是一个物体的高度抽象体，譬如产品是一个自行车，那么产品模块就是一个自行车，里面包含了多个module模块。由于module可裁剪或替换，譬如是否有油门，使用什么品牌的力矩传感器，这些module的有无，产品的运行效果就不一样了。譬如把所有module模块都加入到系统中（缺点：需要更大的flash），通过上位机来标定具体需要运行哪些模块，不同module的有无，会使产品的运行效果不一样。

7.5.操作系统

  需要权衡加入操作系统是使软件开发更简单了，还是更复杂了。

  总结：
  设计原则，大模块里面包含小模块的指针，在大模块的构造函数中将小模块对象的指针传入。
  关于是否引入操作系统：操作系统的调度很简单，比较复杂的是各个任务之间的通信以及任务之间优先级配合的问题，这些问题处理不好，很容易给自己挖坑，我们这个通用框架就先不引入操作系统。但我们还是构建一个单线程的，同样也具有调度模块的软件。在绝大多数产品都可以使用这套框架。

8.存储规划

Mcu一共128KB flash 20KB iRAM。

(1)stm32_bootloader： 0x8000000 - 0x8005800: 22k

(2)密钥地址： 0x80057E0，用于存放芯片密钥。

(3)mcu_app： 0x8005800 - … 0x801D000 : 94k

(4)common data： 0x801D000 - 0x8020000: 12k

801D000 - 801D800 ‬ 2K 系统信息

801D800 - 801E000 ‬ 2K 工程师和制造商系数

801E000 - 801F000 4K 用户参数（E2PROM）

801F000 - 8020000 4K 其他信息（E2PROM）