嵌入式软件设计之提高代码可移植性
2015-02-26 17:43
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前面一篇博文《嵌入式软件架构设计之分层设计》給大家分享了程序分层设计的一些个人观点。里面有提到接口统一规范的问题，下面这篇博文详细阐述一下关于代码可移植性的问题。代码可移植性非常重要！在这里有的人很纳闷，有人会问：除了汇编语言的移植性很差以外，c语言，c++,java等其他高级语言的移植性不是都很棒的么。毋庸置疑，c语言的移植性是非常好。但本文不是在探讨一段编程语言的移植性问题，要探讨的是：在不同的嵌入式平台上，如何提高开发嵌入式产品的效率问题。换一种表达方式：如何提高嵌入式软件平台之间的可移植性。
在探讨之前先抛出一个问题：如何才能使开发的应用程序运行在不同的硬件平台上？这里所指的应用程序不是指pc端的应用也不是指的android,ios等平台的应用。而是指的是其他嵌入式平台的应用，他们更多的是c语言实现。我们都知道windows平台也好还是ios,android平台也罢，他们的应用是不同的编程语言实现的，但是他们有一个共同的特点：給应用开发人员提供标准的sdk接口。正是这些标准的接口使得应用开发和硬件以及底层相分离。大大提高了应用程序的可移植性。
目前来看，嵌入式产品若不是android系统，是没有统一的接口规范的。公司在开发设计某款嵌入式产品时，涉及到如下内容：硬件平台选型，软件平台选型，底层软件开发，应用软件开发。底层软件和硬件是紧密联系在一起的，而应用软件可以做到与硬件平台无关。要做到无关就得定义统一的接口规范。让应用程序调用接口规范规定的接口，底层软件根据不同的平台封装不同的程序来实现其接口功能。如此大大提高应用程序不同硬件平台的可移植性。这样做也规范了编程，增加了程序的可读性。
下面以文件操作为例
1.本模块相关宏定义
2.1 dev_FileOpen
2.2 dev_FileSeek
2.3 dev_FileRead
2.4 dev_FileWrite
2.5 dev_FileTruncate
2.6 dev_FileClose
2.7 dev_FileRemove
2.8 dev_FileSize
2.9 dev_FileExist
2.10 dev_FileRename
2.11 dev_FileFreeSpace
2.12 dev_MntSDCard
2.13. dev_MntUSBDisk
统一接口后，凡是对文件的操作，应用程序或者SDK层都只能调用这些接口，这样不管是linux平台还是其他嵌入式操作系统或非操作系统平台，应用程序对文件的操作的接口函数都是一样的了，这样就做到了应用程序不同平台的兼容性。
在探讨之前先抛出一个问题：如何才能使开发的应用程序运行在不同的硬件平台上？这里所指的应用程序不是指pc端的应用也不是指的android,ios等平台的应用。而是指的是其他嵌入式平台的应用，他们更多的是c语言实现。我们都知道windows平台也好还是ios,android平台也罢，他们的应用是不同的编程语言实现的，但是他们有一个共同的特点：給应用开发人员提供标准的sdk接口。正是这些标准的接口使得应用开发和硬件以及底层相分离。大大提高了应用程序的可移植性。
目前来看，嵌入式产品若不是android系统，是没有统一的接口规范的。公司在开发设计某款嵌入式产品时，涉及到如下内容：硬件平台选型，软件平台选型，底层软件开发，应用软件开发。底层软件和硬件是紧密联系在一起的，而应用软件可以做到与硬件平台无关。要做到无关就得定义统一的接口规范。让应用程序调用接口规范规定的接口，底层软件根据不同的平台封装不同的程序来实现其接口功能。如此大大提高应用程序不同硬件平台的可移植性。这样做也规范了编程，增加了程序的可读性。
下面以文件操作为例
1.本模块相关宏定义
//本模块相关宏定义以及结构定义如下：
// 错误码定义
#define FILE_EXIST 1
#define FILE_NOEXIST 2
#define MEM_OVERFLOW 3
#define TOO_MANY_FILES 4
#define INVALID_HANDLE 5
#define INVALID_MODE 6
#define FILE_NOT_OPENED 8
#define FILE_OPENED 9
#define END_OVERFLOW 10
#define TOP_OVERFLOW 11
#define NO_PERMISSION 12
#define FS_CORRUPT 13
//以上错误码与标准linux的错误码errno有差异，对于Linux系统的机型，错误码保留linux标准的errno定义。
// 文件打开模式，可使用"或"组合
#ifndef O_RDONLY
#define O_RDONLY 00
#endif
#ifndef O_WRONLY
#define O_WRONLY 01
#endif
#ifndef O_RDWR
#define O_RDWR 02
#endif
#ifndef O_NONBLOCK
#define O_NONBLOCK 04000
#endif
#ifndef O_CREAT
#define O_CREAT 0100
#endif
// 文件定位起点
#ifndef SEEK_SET
#define SEEK_SET 0
#endif
#ifndef SEEK_CUR
#define SEEK_CUR 1
#endif
#ifndef SEEK_END
#define SEEK_END 2
#endif
// 文件信息
typedef struct
{
char fid;
char attr;
char type;
char name[17];
int length;
} FILE_INFO;2.接口函数规范说明2.1 dev_FileOpen
| 原型： | int dev_FileOpen(const char *FileName, int Mode); | ||
| 功能： | 打开本应用所属的文件 | ||
| 参数： | FileName（输入） | 1-16Bytes | 文件名，最多可以是16个字符，以‘\x00’结尾，超过16个字符的只取前16个。 |
| Mode（输入） | O_CREAT | 0100 | 文件打开方式，O_CREATE表示创建一个新的文件 |
| O_RDWR | 02 | 文件打开方式，O_RDWR表示打开文件用于读/写， | |
| 返回： | [0,255] | 成功，返回句柄号 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中 | ||
| 注释： | 如果以O_CREATE | O_RDWR的方式打开文件，若文件已存在，则以O_RDWR的方式打开，否则创建该文件。已打开的文件可以重复打开，每次打开后，文件指针移到文件开头。错误码介绍：INVALID_MODE mode不为O_RDWR/O_CREATE FILE_NOEXIST 文件不存在 FILE_EXIST 当文件存在时以O_CREATE的方式打开 MEM_OVERFLOW空间不足 TOO_MANY_FILES 文件句柄太多，超过255，无法创建新文件 FILE_OPENED 文件已打开 | ||
| 示例： | 打开文件”Demo.bin”, 如果不存在该文件，则创建该文件。int Ret = 0;Ret = fileOpen(“Demo.bin”,O_RDWR); // 以读写方式打开该文件if(Ret < 0) // 该文件不存在，则重新创建{ Ret = fileOpen(“Demo.bin”, O_CREAT); if(Ret < 0){ return Ret; // 创建失败，则返回错误码}}………………… // 对这个文件进行其他的读写操作等 |
| 原型： | int dev_FileSeek(int FileID, int Offset, int Whence); | ||
| 功能： | 对打开的文件指针进行定位 | ||
| 参数： | FileID（输入） | [0,255] | 文件句柄号，从打开文件获得的返回句柄 |
| Offset（输入） | 从Whence指定的位置到要移到的位置的字节数（有符号值） | ||
| Whence（输入） | SEEK_SET | 0 | 表示从文件头开始 |
| SEEK_CUR | 1 | 从当前文件指针开始 | |
| SEEK_END | 2 | 从文件尾开始。 | |
| 返回： | >=0 | 成功, 返回的数值是文件当前指针相对文件头的位置 | |
| -1 | 失败，参数错误或偏移目标超出文件范围，错误码放在errno中。 | ||
| 注释： | 错误码介绍：INVALID_FILEID无效的文件句柄 FILE_NOT_OPENED 文件未打开 END_OVERFLOW 后移时超出文件长度的偏移 TOP_OVERFLOW 前移时出错 | ||
| 示例： | 调用该函数前，必须先确认指定文件已经被正确打开了： fd = fileOpen(“filename”, O_RDWR);1、定位到文件的第2个字节位置： Ret = fileSeek(fd, 2, SEEK_SET);2、定位到文件的倒数第2个字节位置： Ret = fileSeek(fd, -2, SEEK_END);3、定位当前位置的后面第2个字节处： Ret = fileSeek(fd, 2, SEEK_CUR); |
| 原型： | int dev_FileRead(int FileID, void *DataBuf, int Len); | ||
| 功能： | 从文件的当前定位位置开始读取文件数据 | ||
| 参数： | FileID（输入） | [0,255] | 文件句柄号，从打开文件获得的返回句柄 |
| DataBuf（输出） | 应用指定的用来存放读取数据的缓冲区 | ||
| Len（输入） | 期望读取的数据字节数。 | ||
| 返回： | >=0 | 读取成功，返回实际读到的字节数。 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中 | ||
| 注释： | 读取后文件指针位置将移动到读取后的位置错误码介绍：FILE_NOT_OPENED文件未打开 INVALID_FILEID无效的文件句柄 | ||
| 示例： | 调用该函数之前，先调用fileOpen打开指定的文件：fd = fileOpen(“Filename”, O_CREAT|O_RDWR); 1、从文件起始处读取16字节Ret = fileSeek(fd, 0, SEEK_SET);Ret = fileRead(fd, Buff, 16); 2、从当前光标位置处开始读取16字节：Ret = fileSeek(fd, 0, SEEK_CUR);Ret = fileRead(fd, Buff, 16); 3、读取文件的最后16个字节Ret = fileSeek(fd, -16, SEEK_END);Ret = fileRead(fd, Buff, 16); |
| 原型： | int dev_FileWrite(int FileID, const void *DataBuf, int Len); | ||
| 功能： | 从文件的当前定位位置开始写入数据 | ||
| 参数： | FileID（输入） | [0,255] | 文件句柄号，从打开文件获得的返回句柄 |
| DataBuf（输入） | 应用指定的存放写入数据的缓冲区 | ||
| Len（输入） | 需要写入数据的字节数。 | ||
| 返回： | >=0 | 写入成功，返回实际写入的字节数。 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中 | ||
| 注释： | 写入后，文件指针位置将移动到写入后的位置错误码介绍：INVALID_FILEID 无效的文件句柄 FILE_NOT_OPENED 文件未打开 MEM_OVERFLOW 空间不足或文件句柄太多 | ||
| 示例： | 调用该函数之前，必须先调用fileOpen打开指定的文件：fd = fileOpen(“filename”, O_RDWR|O_CREAT); 1、修改文件的头16个字节：Ret = fileSeek(fd, 0, SEEK_SET);Ret = fileWrite(fd, Buff, 16); 2、从当前光标处开始写入16字节：Ret = fileSeek(fd, 0, SEEK_CUR);Ret = fileWrite(fd, Buff, 16); 3、从文件结束处再写入16字节：Ret = fileSeek(fd, 0, SEEK_END);Ret = fileWrite(fd, Buff, 16); |
| 原型： | int dev_FileTruncate(int FileID, int Len); | ||
| 功能： | 截短文件 | ||
| 参数： | FileID（输入） | [0,255] | 文件句柄号，从打开文件获得的返回句柄 |
| Len（输入） | 从文件头保留的文件数据长度。 | ||
| 返回： | 0 | 成功截断。 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中。 | ||
| 注释： | 该函数将文件截断为Len长度，原文件中从Len到结尾的内容全被截去。文件指针移至截短后的文件的最后。错误码介绍：NO_FILESYS文件系统未建立 INVALID_FILEID 无效的文件句柄 FILE_NOT_OPENED 文件未打开 TOP_OVERFLOW 长度小于0 END_OVERFLOW 长度超出文件长度 | ||
| 示例： | 只保留指定文件的前256字节内容：fd = fileOpen(“filename”, O_RDWR); Ret = fileTruncate(fd, 256); |
| 原型： | int dev_FileClose(int FileID); | ||
| 功能： | 关闭已打开的文件 | ||
| 参数： | FileID（输入） | [0,255] | 文件句柄号，从打开文件获得的返回句柄 |
| 返回： | 0 | 成功关闭文件 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中。 | ||
| 注释： | 错误码介绍：INVALID_FILEID无效的文件句柄 | ||
| 示例： | 先打开文件： fd = fileOpen(“filename”, O_RDWR | O_CREAT);………………… // 文件相关处理关闭文件： Ret = fileClose(fd); |
| 原型： | int dev_FileRemove(const char *FileName); | ||
| 功能： | 删除文件 | ||
| 参数： | FileName（输入） | 1-16Bytes | 文件名，最多可以是16个字符，以‘\x00’结尾，超过16个字符的只取前16个。 |
| 返回： | 0 | 成功 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中。 | ||
| 注释： | 错误码介绍：FILE_OPENED 文件已打开 FILE_NOEXIST 文件不存在 | ||
| 示例： | 删除指定文件： Ret = fileRemove(“filename”); |
| 原型： | int dev_FileSize(const char *FileName); | ||
| 参数： | FileName（输入） | 1-16Bytes | 文件名，最多可以是16个字符，以‘\x00’结尾，超过16个字符的只取前16个。 |
| 返回： | >=0 | 文件的大小 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中。 | ||
| 注释： | 错误码介绍：FILE_NOEXIST 文件不存在 | ||
| 示例： | fileLen = fileSize(“filename”); // 查询文件大小 |
| 原型： | int dev_FileExist(const char *FileName); | ||
| 功能： | 判断文件是否存在 | ||
| 参数： | FileName（输入） | 1-16Bytes | 文件名，最多可以是16个字符，以‘\x00’结尾，超过16个字符的只取前16个。 |
| 返回： | [0,255] | 文件序号。 | |
| -1 | 在当前应用中没有指定的文件 | ||
| 注释： | 无 | ||
| 示例： | 判断某个文件是否存在，如存在，则获取其大小：Ret = fileExist(“filename”);if(Ret >= 0){ fileLen = fileSize(“filename”);} |
| 原型： | int dev_FileRename(const char *OldFileName, const char *NewFileName); | ||
| 功能： | 修改属于本应用的数据文件文件名 | ||
| 参数： | OldFileName（输入） | 1-16Bytes | 原文件名，最多可以是16个字符，以‘\x00’结尾，超过16个字符的只取前16个。 |
| NewFileName（输入） | 1-16Bytes | 新文件名，最多可以是16个字符，以‘\x00’结尾，超过16个字符的只取前16个。 | |
| 返回： | 0 | 成功 | |
| -1 | 失败，错误码放在errno中。 | ||
| 注释： | 错误码介绍：FILE_OPENED 文件已打开 FILE_NOEXIST 文件不存在FILE_EXIST 新文件已经存在 | ||
| 示例： |
| 原型： | int dev_FileFreeSpace(void); |
| 功能： | 返回文件系统剩余可写的字节数 |
| 参数： | 无 |
| 返回： | 返回文件系统总共剩余的空间大小（字节数） |
| 注释： | 无 |
| 示例： | 判断文件系统还有多少剩余空间：FreeLen = fileFreeSpace(); |
| 原型： | int dev_MntSDCard(const char *TargetDir, int Mode); | |
| 功能： | 挂载SD卡。 | |
| 参数： | TargetDir（输入） | 指定的挂载SD卡的目录，默认为"/mnt/sdcard/"。若为NULL则SD卡自动挂载到"/mnt/sdcard/"目录。 |
| Mode（输入） | TRUE | 挂载SD卡 |
| FALSE | 卸载SD卡 | |
| 返回： | 0 | 挂载成功 |
| -1 | 挂载失败 | |
| 注释： | 应用层不需要关心挂载的设备名和filesystem类型。挂载SD卡命令：mount -t vfat /dev/sdd1 /mnt/sdcard |
| 原型： | int dev_MntUSBDisk(const char *TargetDir, int Mode); | |
| 功能： | 挂载U盘。 | |
| 参数： | TargetDir（输入） | 指定的挂载U盘的目录，默认为"/mnt/usb/"。若为NULL则U盘自动挂载到"/mnt/usb/"目录。 |
| Mode（输入） | TRUE | 挂载U盘 |
| FALSE | 卸载U盘 | |
| 返回： | 0 | 挂载成功 |
| -1 | 挂载失败 | |
| 注释： | 应用层不需要关心挂载的设备名和filesystem类型。挂载U盘命令：mount -t vfat /dev/sda1 /mnt/usb |
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