C语言嵌入式系统编程修炼之软件架构篇和性能优化篇

模块划分的"划"是规划的意思，意指怎样合理的将一个很大的软件划分为一系列功能独立的部分合作完成系统的需求。C语言作为一种结构化的程序设计语言，在模块的划分上主要依据功能（依功能进行划分在面向对象设计中成为一个错误，牛顿定律遇到了相对论），C语言模块化程序设计需理解如下概念：（1）模块即是一个.c文件和一个.h文件的结合，头文件(.h)中是对于该模块接口的声明；（2）某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h中文件中冠以extern关键字声明；（3）模块内的函数和全局变量需在.c文件开头冠以static关键字声明；（4）永远不要在.h文件中定义变量！定义变量和声明变量的区别在于定义 在C语言嵌入式系统编程中，软件架构和性能优化是至关重要的两个方面。软件架构主要涉及如何合理地组织和划分代码，以便提高代码的可读性、可维护性和效率。在C语言中，模块化设计是实现良好架构的关键。 模块化设计的基本原则是将大型软件分解为一系列功能独立的部分，每个部分负责特定的功能。一个C语言模块通常由一个`.c`源文件和一个`.h`头文件组成。`.c`文件包含了实际的函数实现和全局变量定义，而`.h`文件则声明了模块对外提供的接口，包括函数原型和外部变量。使用`extern`关键字在`.h`文件中声明外部函数和数据，使得其他模块可以访问它们。同时，为了限制作用域，模块内部的函数和全局变量应在`.c`文件开头使用`static`关键字声明，这使得它们只在当前文件可见。值得注意的是，变量的定义应当避免放在`.h`文件中，因为这会导致重复定义，正确的做法是仅在`.c`文件中定义变量，而在`.h`文件中声明。 在嵌入式系统中，常见的模块类型包括硬件驱动模块和软件功能模块。硬件驱动模块直接与硬件设备交互，每个设备通常对应一个驱动模块。而软件功能模块则需要遵循低耦合、高内聚的原则，确保模块之间的相互依赖性最小，同时每个模块内部的功能紧密相关。 在多任务与单任务的选择上，这取决于系统的复杂性和需求。单任务系统适合于简单应用，它们通过主程序循环调用各个功能模块模拟并发。多任务系统则能实现真正的并发执行，这通常需要一个多任务操作系统（OS）的支持，如VxWorks和ucLinux。操作系统通过任务调度器和任务控制块（TCB）来管理任务的执行，当任务切换时，会保存和恢复任务的上下文，包括寄存器内容等关键信息。 嵌入式系统的程序设计往往采用死循环作为程序的主入口，以保持系统持续运行。虽然看似简单的死循环，但它是保证系统持续运行的基础。在中断服务程序（ISR）的设计上，ISR必须遵守不返回值、不接收参数以及尽快恢复中断现场的规则，以保证系统的正常运行。 性能优化是嵌入式系统开发中的另一个重要环节，这包括了代码优化、内存管理优化以及硬件资源的有效利用。优化代码可以减少指令执行时间，而良好的内存管理则可以降低存储开销，提高系统响应速度。此外，了解硬件特性并针对性地编写代码，比如利用硬件加速器或优化I/O操作，也是提升系统性能的有效方法。 C语言嵌入式系统编程需要深入理解模块化设计、软件架构、多任务处理以及中断服务程序的原理和实践，同时不断探索和实施性能优化策略，以构建高效、稳定且易于维护的嵌入式系统。