有助于嵌入式系統(tǒng)順利開發(fā)的硬件獨立性設(shè)計方案

　　我們從下圖2可以看出，“獲取溫度”這個矩形塊又?jǐn)U展為依賴于硬件且與熱敏電阻設(shè)計相關(guān)的不同功能塊，其中包括熱敏電阻的硬件特性及其接口電路等。

　　溫度在熱敏電阻中以電阻表示；在信號調(diào)節(jié)電路中，電阻則表示為電壓，通過 ADC 轉(zhuǎn)換，電壓則轉(zhuǎn)換為 0 至 4095 之間的數(shù)值；在軟件中，該數(shù)值則轉(zhuǎn)換為機(jī)器可存儲和顯示的溫度值(比方說定點值溫度，間隔為0.1℃)。

　　我們將溫度放入數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，讓數(shù)據(jù)值更新同步于控制算法，這樣溫度就能與控制算法一樣保持最新，從而確保將軟硬件更好地隔離開來。

　　隨后，我們在設(shè)計方案中發(fā)現(xiàn)，使用熱敏電阻的話微控制器將不能滿足溫度熱點的要求，一直在熱敏電阻與微控制器引腳之間運(yùn)行模擬線路的話，就會造成太多噪聲并導(dǎo)致信號損耗。

　　因此，我們決定在溫度區(qū)采用集成電路 LM75 I2C 作為溫度傳感器，將溫度進(jìn)行本地轉(zhuǎn)化，并向I2C 總線提供數(shù)字值作為從設(shè)備。

　　現(xiàn)在，為了獲得溫度值，如下圖 3所示，我們必須在微控制器中啟用 I2C 主通信硬件，讀取 LM75 中的一組寄存器，并將溫度的原生表達(dá)法(最低有效位為 0.125℃)轉(zhuǎn)化為此前選定的溫度表達(dá)法(定點值溫度，間隔為 0.1℃)。

　　由于我們實現(xiàn)了控制軟件隔離，即便采用新的溫度讀取方法，控制應(yīng)用軟件也不會因為硬件改變而受到影響。

　　有關(guān)LM75的特性可以集中在上圖3所示的藍(lán)色矩形框中，我們可在不影響控制軟件的前提下對其加以檢查和驗證。

　　舉例來說，一些設(shè)備會在 I2C 主機(jī)每次讀取溫度值/寄存器時啟動新的轉(zhuǎn)換，如果讀取速度過快或者過于頻繁，那么LM75 就難以完成轉(zhuǎn)換?？刂扑惴▌t不用擔(dān)心這些問題。

　　微控制器的抽取

　　我們在上面的實例中有意識地改變了微控制器外部的硬件，說明外部硬件轉(zhuǎn)變不會影響控制軟件。同樣，即便微控制器內(nèi)部硬件發(fā)生變化，也不會造成影響。

　　如果我們?nèi)鐖D 2 所示先設(shè)計熱敏電阻，隨后再改動我們的微控制器，那么配置和讀取 ADC 的命令就會變化，對輸入進(jìn)行多路復(fù)用和采樣的寄存器序列也會變化，進(jìn)而計數(shù)到溫度的轉(zhuǎn)換也會發(fā)生改變。

　　不過，由于這些變動僅限于矩形之中(表示函數(shù)和/或宏定義以及調(diào)用)，因此我們只需將原來矩形框中的內(nèi)容用新微控制器所需的新指令替換即可。這樣，即便硬件發(fā)生了變化，軟件仍然絲毫不受影響。

　　然而我并沒有談到改用不同廠商的微控制器時可用什么嵌入式設(shè)計工具來進(jìn)行相關(guān)調(diào)整的問題。事實上，許多廠商都提供了硬件初始化的設(shè)置向?qū)?，選擇同一廠商推出的新產(chǎn)品相對而言簡化了硬件更換過程。

　　就簡化硬件獨立性設(shè)計方案而言，微控制器廠商在自身的軟件開發(fā)工具中采用硬件提取技術(shù)，從而進(jìn)一步簡化了這一工作。用戶可從目錄項中根據(jù)應(yīng)用需求選擇微控制器的外設(shè)功能，并可根據(jù)設(shè)計方案需求的變化進(jìn)行添加與刪減。

　　利用 PWM1 或 ADC 等通用實例名，用戶可改變硬件的具體功能細(xì)節(jié)，并讓工具來管理第一層提取或封裝器。舉例來說，在圖 2 中，如果我們需要增量型(積分型)ADC，而不是采用 SAR(逐次逼近)ADC的話，那么工具就能自動改變中間淺藍(lán)色的矩形。

　　我們還能在更高級層面上進(jìn)行提取。舉例來說，利用面向 PSoC 混合信號陣列產(chǎn)品的 PSoC Designer 與 PSoC Express 可視化嵌入式設(shè)計工具，軟件默認(rèn)采用硬件提取方法，并自動生成所有層(請見上圖2與圖3中的藍(lán)色部分)。

　　如欲修改熱敏電阻，用戶可在 PSoC Express 的目錄中選擇“熱敏電阻”，并定義“計算所需速度”的控制算法，開發(fā)工具就會給出哪些 PSoC 器件可以為該應(yīng)用提供必需的資源。

　　選擇某個器件時，工具會以定點格式在一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中生成必要的固件來讀取、轉(zhuǎn)換并存儲熱敏電阻的溫度，并提供給“計算所需速度”算法。

　　如果熱敏電阻的規(guī)范發(fā)生變化，那么用戶可選擇其他的 PSoC 器件，從而調(diào)整存儲容量、引腳數(shù)量、成本等。只顯示具有應(yīng)用必需資源的器件，而且能在不影響控制算法的情況下重新生成硬件提取層。

　　或許在未來的什么時候，所有項目開發(fā)工作都可以制定出合理的計劃，市場營銷工作可以提前部署，明確客戶到底需要什么產(chǎn)品，而且計劃不會發(fā)生變化，具有預(yù)期特性的應(yīng)用軟件正好與選定的微控制器的存儲空間相符。

　　不過在這一天到來之前，我們就應(yīng)通過封裝器和硬件層將所有硬件與控制軟件相隔離，這樣就能在很大程度上簡化嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計工作。

　　放眼窗外，深呼吸，仰望長空，雄鷹展翅，隨時準(zhǔn)備攻擊捕獲獵物。時不我待，我們必須集中精力，全力以赴滿足緊迫的市場需求，堅決打贏最后關(guān)頭調(diào)整硬件選擇這一仗，滿足最苛刻的客戶需求。