嵌入式软件架构设计之消息交互

前言

在熟悉任务调度、程序分层和模块化编程关于软件架构、分层和模块设计后，除了函数调用设计中出现的情况外，还会遇到同层模块之前如何进行消息交互，通常是应用层之间。

比如一个设备通过架构设计包含人机交互应用层模块（一般会调用按键和显示屏等功能驱动模块）和通信应用层模块（一般调用串口、CAN和网络ESP8266等功能驱动模块），两个同层之间的模块如果需要互传数据，一般都是调用各自头文件提供的接口（模块对外提供的接口尽量不要使用全局变量，防止其他模块擅自修改），这样就造成了耦合。

设计思路

上述情况，也可以采用回调函数的实现方式进行模块解耦，但是需要引入新的内容，即公共模块Commoon层（包含第三方功能库）。

公共模块主要有各模块都需要使用的类型定义、结构体定义、通用函数或常用宏定义等（通常属于基础类的功能，不会受功能需求和不同平台的影响）。

基于公共模块，为了解决各模块之前的数据交互，可以通过公共模块实现基础类的功能达到各应用层模块解耦的目的。

参考消息队列的方式，可以实现一个生产者/消费者的功能模块（这种可以称作观察者模式，即存在观察者和被观察者），即某一模块更新数据后，其他模块可以第一时间得到通知更新（采用回调函数的方式实现）

看图：

Callback是一个指针数组变量，每个数组成员都是函数指针类型的变量，通过函数Notify_Attach拿到了应用层代码函数OnSaveParam(...) 和OnUpdateParam(...)的函数地址，之后人机交互模块调用了Notify_EventNotify，从而调用Callback ，调用方式和直接调用 OnFunction(...) 存在些许差异，因为是数组，所有需要[]取函数地址，为了保证系统运行安全，调用前要确保 Callback[i] 不为NULL，否则会引起程序异常。

从上述看，也许有人感觉这样处理反而复杂了，直接调用不香吗？（上述人机交互模块属于被观察者，参数和其他模块属于观察者）

有以下几个好处：

1. 避免各模块相互调用，可完成解耦
2. 即使 观察者 模块其中一个被移除，也不用修改 被观察者 或者 其他观察者 代码，保证系统稳定
3. 新增一个 观察者 模块，也不需要修改 被观察者 代码，保证系统稳定

当然这种方式也有缺点：

1. 如果回调函数过多，或者某一个 观察者 的回调函数执行时间很长，肯定会影响到其他观察者 模块的通知时间，甚至影响 被观察者 模块的正常运行
2. 如果 观察者 和 被观察者 之间有循环依赖，就会导致他们循环调用，导致系统死机

避免方式：

1. 回调函数中一定要保证执行的时间短，不能有执行时间长的功能，甚至延时（一般回调中处理数据更新等执行时间短的即可，数据更新后的需要花时间处理的可以在主循环执行）
2. 观察者回调函数中尽量避免执行其他观察者的回调函数，防止循环调用

示例代码

下面简单实现人机交互模块在某种情况下需要保存参数，具体如何保存参数由参数模块实现，人机交互模块通过事件通知模块告知参数模块需要保存数据。

初步来看，可能中间多了一个，嫌实现麻烦，不如直接调用；但是从后期功能扩展和解耦来看，这是很有必要的。

事件通知模块

头文件定义

#ifndef _NOTIFY_H_
#define _NOTIFY_H_


#include 


/**
  * @brief 应用模块ID枚举定义
  *
  */
typedef enum
{
    NOTIFY_ID_HMI = 0,   // 人机交互模块
    NOTIFY_ID_SYS_PARAM, // 参数管理模块

    NOTIFY_ID_TOTAL
} NotifyId_e;

/**
  * @brief 事件类型枚举定义
  *
  */
typedef enum
{
    NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE,     // 参数更新事件, 对应结构体 PrramUpdateInfo_t

    NOTIFY_EVENT_TOTAL
} NotifyEvent_e;


typedef struct
{
    uint16_t addr;
    uint32_t param;
}PrramUpdateInfo_t;


typedef int (*EventNotifyCB)(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length);


extern void Notify_Init(void);

extern int Notify_Attach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, EventNotifyCB pfnCallback);
extern int Notify_Detach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent);
extern int Notify_EventNotify(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length);

#endif /* _NOTIFY_H_ */

源文件实现

#include "notify.h"
#include 

static EventNotifyCB sg_pfnCallback[NOTIFY_ID_TOTAL][NOTIFY_EVENT_TOTAL];

/**
  * @brief      事件初始化
  *
  */
void Notify_Init(void)
{
    memset(sg_pfnCallback, 0, sizeof(sg_pfnCallback));
}

/**
  * @brief      添加事件监听通知
  *
  * @param[in]  id          应用模块ID
  * @param[in]  eEvent      事件
  * @param[in]  pfnCallback 回调函数
  * @return     0,成功; -1,失败
  */
int Notify_Attach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, EventNotifyCB pfnCallback)
{
    if (id >= 0 && id < NOTIFY_ID_TOTAL && eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL)
    {
        sg_pfnCallback[id][eEvent] = pfnCallback;
        return 0;
    }

    return -1;
}

/**
  * @brief      删除事件监听通知
  *
  * @param[in]  id          应用模块ID
  * @param[in]  eEvent      事件
  * @return     0,成功; -1,失败
  */
int Notify_Detach(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent)
{
    if (id >= 0 && id < NOTIFY_ID_TOTAL && eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL)
    {
        sg_pfnCallback[id][eEvent] = 0;
        return 0;
    }

    return -1;
}

/**
  * @brief      事件通知
  *
  * @param[in]  id          应用模块ID
  * @param[in]  eEvent      事件类型
  * @param[in]  pData       消息内容
  * @param[in]  length      消息长度
  * @return     0,成功; -1,失败
  */
int Notify_EventNotify(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length)
{
    int i;

    if (eEvent < NOTIFY_EVENT_TOTAL)
    {
        for (i = 0; i < NOTIFY_ID_TOTAL; i++)
        {
            if (sg_pfnCallback[i][eEvent] != 0)
            {
                sg_pfnCallback[i][eEvent](id, eEvent, pData, length);
            }
        }

        return 0;
    }

    return -1;
}

参数应用层模块

示例通信，作为观察者监听参数保存的消息。

#include "notify.h"

static int Param_OnNotifyProc(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length);

void Param_Init(void)
{
    Notify_Attach(NOTIFY_ID_SYS_PARAM, NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE, Param_OnNotifyProc);
}

// 事件回调处理
int Param_OnNotifyProc(NotifyId_e id, NotifyEvent_e eEvent, const void *pData, uint32_t length)
{
    switch (eEvent)
    {
    case NOTIFY_EVENT_PARAM_UPDATE:
        {
            PrramUpdateInfo_t *pInfo = (PrramUpdateInfo_t *)pData;
            SaveParam(pInfo->addr, pInfo->param);// 保存参数
        }
        break;
    default:
        break;
    }

    return 0;
}

人机交互应用层模块

示例通信，作为被观察者通知/发送参数保存的消息。

#include "notify.h"

void Hmi_Init(void)
{

}

// 需要保存参数
int Hmi_SaveProc(void)
{
    ParamUpdateInfo_t info;

    info.addr = 5;
    info.param = 20;

    Notify_EventNotify(NOTIFY_ID_HMI, NOTIFY_EVENT_HMI_UPDATE, &info, sizeof(ParamUpdateInfo_t));
}