C语言面向对象编程的最佳实

一、前言

以STM32为例，打开网络上下载的例程或者是购买开发板自带的例程，都会发现应用层中会有stm32f10x.h或者stm32f10x_gpio.h，这些文件严格来时属于硬件层的，如果软件层出现这些文件会显得很乱。

使用过Linux的童鞋们肯定知道linux系统无法直接操作硬件层，打开linux或者rt_thread代码会发现代码中都会有device的源文件，没错，这就是驱动层。

二、实现原理

原理就是将硬件操作的接口全都放到驱动链表上，在驱动层实现device的open、read、write等操作。当然这样做也有弊端，就是驱动find的时候需要遍历一遍驱动链表，这样会增加代码运行时间。

三、代码实现

国际惯例，写代码先写头文件。rt_thread中使用的是双向链表，为了简单在这我只用单向链表。有兴趣的可以自行研究rt_thread

头文件接口:

本次只实现如下接口，device_open  和device_close等剩下的接口可以自行研究。这样就可以在应用层中只调用如下接口可实现：

/*
驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev);


/*
驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name);


/*
驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);


/*
驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);


/*
驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *arg);;

头文件cola_device.h：

#ifndef _COLA_DEVICE_H_
#define _COLA_DEVICE_H_


enum LED_state
{
  LED_OFF,
  LED_ON,
  LED_TOGGLE,
};


typedef struct cola_device cola_device_t;
struct cola_device_ops
{
  int  (*init)   (cola_device_t *dev);
  int  (*open)   (cola_device_t *dev, int oflag);
  int  (*close)  (cola_device_t *dev);
  int  (*read)   (cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);
  int  (*write)  (cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);
  int  (*control)(cola_device_t *dev, int cmd, void *args);
};


struct cola_device
{
  const char * name;
  struct cola_device_ops *dops;
  struct cola_device *next;
};


/*
驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev);


/*
驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name);


/*
驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size);


/*
驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size);


/*
驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *arg);


#endif

源文件cola_device.c：

#include "cola_device.h"
#include 
#include 

struct cola_device *device_list = NULL;

/*
查找任务是否存在
*/
static bool cola_device_is_exists( cola_device_t *dev )
{
  cola_device_t* cur = device_list;
  while( cur != NULL )
  {
    if( strcmp(cur->name,dev->name)==0)
    {  
      return true;
    }  
    cur = cur->next; 
  }  
  return false;  
}


static int device_list_inster(cola_device_t *dev)
{
  cola_device_t *cur = device_list;
  
  if(NULL == device_list)
  {
    device_list = dev;
    dev->next   = NULL;
  }
  else
  {
    while(NULL != cur->next)
    {
        cur = cur->next;
    }
    
    cur->next = dev;
    dev->next = NULL;
  }
  return 1;
}


/*
驱动注册
*/
int cola_device_register(cola_device_t *dev)
{
  if((NULL == dev) || (cola_device_is_exists(dev)))
  {
    return 0;
  }
  if((NULL == dev->name) || (NULL == dev->dops))
  {
    return 0;
  }
  return device_list_inster(dev);
}


/*
驱动查找
*/
cola_device_t *cola_device_find(const char *name)
{
  cola_device_t* cur = device_list;
  while( cur != NULL )
  {
    if( strcmp(cur->name,name)==0)
    {
      return cur;
    }
    cur = cur->next;
  }
  return NULL;
}


/*
驱动读
*/
int cola_device_read(cola_device_t *dev, int pos, void *buffer, int size)
{
  if(dev)
  {
    if(dev->dops->read)
    {
      return dev->dops->read(dev, pos, buffer, size);
    }
  }
  return 0;
}


/*
驱动写
*/
int cola_device_write(cola_device_t *dev, int pos, const void *buffer, int size)
{
  if(dev)
  {
    if(dev->dops->write)
    {
      return dev->dops->write(dev, pos, buffer, size);
    }
  }
  return 0;
}


/*
驱动控制
*/
int cola_device_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *arg)
{
  if(dev)
  {
    if(dev->dops->control)
    {
      return dev->dops->control(dev, cmd, arg);
    }
  }
  return 0;
}

硬件注册方式：以LED为例，初始化接口void led_register(void)，需要在初始化中调用。

#include "stm32f0xx.h"
#include "led.h"
#include "cola_device.h"
#define PORT_GREEN_LED GPIOC                  
#define PIN_GREENLED GPIO_Pin_13             


/* LED亮、灭、变化 */
#define LED_GREEN_OFF (PORT_GREEN_LED->BSRR = PIN_GREENLED)
#define LED_GREEN_ON (PORT_GREEN_LED->BRR  = PIN_GREENLED)
#define LED_GREEN_TOGGLE (PORT_GREEN_LED->ODR ^= PIN_GREENLED)

static cola_device_t led_dev;

static void led_gpio_init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOC, ENABLE);
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_GREENLED;                           
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;                    
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                     
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;                 
  GPIO_Init(PORT_GREEN_LED, &GPIO_InitStructure);
  LED_GREEN_OFF;
}


static int led_ctrl(cola_device_t *dev, int cmd, void *args)
{
  if(LED_TOGGLE == cmd)
  {
    LED_GREEN_TOGGLE;
  }
  else {
  }
  return 1;
}


static struct cola_device_ops ops =
{
  .control = led_ctrl,
};


void led_register(void)
{
  led_gpio_init();
  led_dev.dops = &ops;
  led_dev.name = "led";
  cola_device_register(&led_dev);
}

应用层app代码:

#include 
#include "app.h"
#include "config.h"
#include "cola_device.h"
#include "cola_os.h"


static task_t timer_500ms;
static cola_device_t *app_led_dev;


//led每500ms状态改变一次
static void timer_500ms_cb(uint32_t event)
{
  cola_device_ctrl(app_led_dev,LED_TOGGLE,0);
}


void app_init(void)
{
  app_led_dev = cola_device_find("led");
  assert(app_led_dev);
  cola_timer_create(&timer_500ms,timer_500ms_cb);
  cola_timer_start(&timer_500ms,TIMER_ALWAYS,500);
}

这样 app.c 文件中就不需要调用 led.h 头文件了，rtt 就是这样实现的。

四、总结

这样就可以实现软硬件分层了，是不是非常好用！

五、代码下载链接

https://gitee.com/schuck/cola_os

编辑：黄飞