使用C++构建嵌入式开发框架

摘要：框架作为一种大粒度的重用技术在桌面软件开发中得到了广泛应用，而在嵌入式开发领域，目前还没有一套完整的标准框架可供使用。本文以通信领域的嵌入式软件开发为例，介绍使用C++语言，在ARM平台Nucleusplus操作系统下实现嵌入式开发框架EFC的方法和应用实例。
　　关键词：框架C++ARMNucleusMFCEFC面向对象
　　
　　1框架概述
　　
　　1.1什么是框架
　　
　　国外著名的软件设计大师RalphJohnson对面向对象技术进行了长期而深入的研究。在他的主页中，对框架进行了如下定义：Aframeworkisareusabledesignexpressedasasetofabstractclassesandthewaytheirinstancescollaborate.Itisareusabledesignforallorpartofasoftwaresystem.（框架是整个系统或系统的一部分的可重用性设计，由一组抽象出来的类及其实例间的相互作用方式组成。）
　　
　　框架把一个系统有机地分解成一组相对独立的构件，并定义了各个构件间的接口和作用关系，符合软件工程中设计的模块化、独立化和信息隐藏等特征。框架提供了一个大粒度的重用技术，即不仅支持源代码级的重用，而且支持分析和设计以及体系结构的重用，因而被认为是一种最有前途的面向对象技术。
　　
　　框架必须是健壮的、可扩展的、灵活的，它要求基于开放或共享标准。框架的设计要力求做到完备性、灵活性、可扩展性、可理解性，同时抽象能用于不同的场合；用户能轻松地添加和修改功能，定制框架；用户和框架的交互清晰，文档齐全。框架设计的一个核心问题就是发现可重用的设计和“热点”，以保证框架具备充分的灵活性，使用户能在已有构件的基础上生成应用程序，实现“零代码编写”的理想目标。
　　
　　1.2如何设计框架
　　
　　目前框架的设计大都采用实践法。实践法是指从若干个具体的典型应用中，抽象出现似点来构建框架；框架反过来又应用于不同的问题，并在解决不同问题的过程中得到更新；在框架的设计和实现的两步中，不断反复，等到框架逐渐成熟时，需要修改和反复的内容就会越来越小。具体步骤为：分析问题域，确定所需框架，从一类应用而不是单个的程序去分析、比较各种不同的软件解决方案，寻求这些方案的共性和每个程度的唯一性特性。这些共性，尤其是那些经常被多个程序使用的部分将成为框架的基础。然后，定义框架体系结构并设计，包括设计用户与框架间的交互、给用户提供的最终工具等。
　　
　　框架的实现：包括框架核心类的实现、框架的测试、框架的试运行、框架的反复更新。
　　
　　框架的部署：包括文档的提供和分发过程、为用户提供技术支持、维护和更新框架。
　　
　　2嵌入式框架EFC
　　
　　框架技术在桌面软件的开发中得到了广泛的应用，但在嵌入式开发领域，由于嵌入式开发的多样性及嵌入式操作系统的多样性，目前还没有一套完整的开发框架可供使用。因此，在嵌入式软件开发中常常是从底层做起，应用程序和RTOS密不可分。这样的开发方式不但效率不高，也不利于软件的移植。
　　
　　EFC（EmbeddedFoundationClasses）即嵌入式基础类库，是笔者借鉴Microsoft公司的MFC（微软基础类库—桌面系统框架库的工业标准）构建的一套在ARM平台Nucleusplus操作系统下的嵌入式开发框架。由于框架全部采用C++开发，没有和处理器相关的汇编代码，所以在其它硬件平台可不加修改地使用。如果更换不同的操作系统，则需要修改操作系统抽象层的部分代码；但由于EFC提供给上层应用程序的接口不变，所以应用程序不需要修改代码。
　　
　　图2EFC静态结构图
　　
　　就软件的层次来说，EFC是一个操作系统之上、应用程序之下的中间件，如图1所示。在EFC中有一个操作系统抽象层，对RTOS进行了抽象和封装，提供包括任务（task）、/O驱动（driver）、定时器（timer）、信号量（semaphore）、消息队列（quecue）、事件（eventgroup）、邮箱（mailBox）、管道（pipe）以及高级中断（HISR）等基本服务的封装。为上层应用程序提供更高级的统一编程接口，它样就使应用软件的开发与具体的软件平台无关，解决了嵌入式应用软件的移植问题。
　　
　　在图1中，各模块之间有交界表明模块之间有接口关系。EFC、应用程序以及RTOS都和硬件驱动有接口：EFC要使用一部分核心驱动（例如实时时钟的驱动、ARM串口和网口的驱动、I2C总线的

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