申同強(qiáng) 宋國志 荊淑霞

摘 要：eBox是一個(gè)運(yùn)行在STM32平臺上的涵蓋了驅(qū)動(dòng)層、系統(tǒng)層、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用軟件層、用戶軟件層和bootloader的軟硬件一體化的解決方案。豐富的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，像用Arduino那樣方便，性能又遠(yuǎn)高于arduino。操作系統(tǒng)的支持讓eBox滿足多任務(wù)系統(tǒng)的需求；標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用提供多種控制算法、通信協(xié)議，滿足不同應(yīng)用場所的需求。

關(guān)鍵詞：STM32；應(yīng)用程序；創(chuàng)新；開發(fā)

1 STM32開發(fā)現(xiàn)狀

就目前的開發(fā)方式而言，國內(nèi)并沒有一套完整的生態(tài)系統(tǒng)，來支持用戶的快速開發(fā)，影響了企業(yè)開發(fā)的效率。主要原因有以下幾點(diǎn)：

①官方固件庫是面向STM32本身設(shè)計(jì)的，接口不夠友好，使用比較困難，用戶必須十分了解STM32本身特性，才能應(yīng)用其固件庫。

②驅(qū)動(dòng)問題：由于設(shè)計(jì)電路板的差異性，會導(dǎo)致同樣的芯片驅(qū)動(dòng)程序無法在不同的電路板上運(yùn)行，需要一個(gè)移植過程，移植非常困難。這樣就導(dǎo)致用戶永遠(yuǎn)無法避免移植的問題。

③缺少標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序庫的積累：由于工程師沒有一個(gè)很好的架構(gòu)控制，不能保證其代碼的高重復(fù)利用率，就會導(dǎo)致工程師要不斷的自己去重復(fù)這個(gè)開發(fā)過程。

和Arduino相比雖然硬件資源更豐富，主頻更高，但是軟件發(fā)展卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如Arduino發(fā)展的快。所以要重新整合STM32的軟硬件資源，將其系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化。這樣在同一的架構(gòu)下才能保證慢慢的形成一個(gè)較為完備的生態(tài)系統(tǒng)。eBox就是一個(gè)完成這種系統(tǒng)化的軟件支持。

2 eBox軟件系統(tǒng)

2.1 eBox整體架構(gòu)

eBox開發(fā)平臺致力于開創(chuàng)新的開發(fā)模式，簡化用戶開發(fā)，增強(qiáng)代碼復(fù)用率，實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同聯(lián)合開發(fā)。提供一套完整的開發(fā)解決方案，能適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集處理、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)等不同應(yīng)用場合的開發(fā)。

良好的程序框架有利于多人同時(shí)開發(fā)的分工合作。統(tǒng)一的編程標(biāo)準(zhǔn)便于程序的移植和重復(fù)利用。一個(gè)龐大的工程如果沒有一個(gè)良好的程序結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的編程標(biāo)準(zhǔn)，會導(dǎo)致程序耦合關(guān)系混亂、層次不明朗、代碼易讀性差、二次利用率低、難以維護(hù)等缺點(diǎn)。所以eBox軟件系統(tǒng)嚴(yán)格地規(guī)范了架構(gòu)，來保證所有代碼能按照其特性進(jìn)行層次區(qū)分。

2.2 面向?qū)ο缶幊?/p>

eBox是基于c/c++編程實(shí)現(xiàn)的。采用c++的幾大優(yōu)勢：

①面向?qū)ο蟮乃悸房梢愿玫亟鉀Q問題。

②封裝性和隱蔽性：可以對一個(gè)對象進(jìn)行封裝處理，把它的一部分屬性和功能對外界屏蔽。這樣做的好處是大大降低了操作對象的復(fù)雜程度。

③抽象性：抽象的過程是將有關(guān)事物的共性歸納、集中的過程。抽象的作用是表示同一類事物的本質(zhì)。在eBox中，這種抽象應(yīng)用最多，最直觀的就是驅(qū)動(dòng)層。將一種外設(shè)芯片抽象出一個(gè)類。這個(gè)類包含了芯片的所有屬性和方法。

2.3 外設(shè)固件庫

外設(shè)固件庫是指STM32內(nèi)部的設(shè)備包括IO、UART、TIMER、SPI、IIC、RTC、FLASH、CAN、USB、WDG等設(shè)備。固件庫將所有外設(shè)以c++的方式重新封裝。為用戶提供人性化的用戶接口。以外設(shè)某種應(yīng)用特性作為初始化參數(shù)。

外設(shè)固件庫除了支持所有MCU外設(shè)功能外，還提供了很多系統(tǒng)功能，方便用戶的使用，比如millis（）、micros（）服務(wù)為用戶提供了基本的時(shí)間戳服務(wù)，delay_ms（），delay_us（）提供標(biāo)準(zhǔn)的延時(shí)功能、random（）為用戶提供隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的功能，還有很多字符串處理函數(shù)方便了用戶的字符串查找、替換、數(shù)字轉(zhuǎn)換。eBox固件庫為用戶提供了很多標(biāo)準(zhǔn)的常用函數(shù)，這樣可以簡化用戶的編程，提高工程師開發(fā)的效率。

2.3.1 串口

2.3.2 使用示例

從以上可以看出使用這種封裝方式可以大大簡化用戶的底層代碼復(fù)雜度。

2.3.3 驅(qū)動(dòng)層

eBox驅(qū)動(dòng)是指基于eBox固件庫針對某種芯片做的讀寫、控制程序它有標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)程序框架做限制，不能任意編寫，在eBox平臺上可以實(shí)現(xiàn)任意合理硬件的兼容性，可移植性。

eBox驅(qū)動(dòng)模式徹解決變傳統(tǒng)STM32編程驅(qū)動(dòng)的移植性差、功能不齊全等問題。讓應(yīng)用工程師和驅(qū)動(dòng)工程師合理分工，加快項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度。驅(qū)動(dòng)可以多次利用，提高代碼使用價(jià)值。開源驅(qū)動(dòng)分享平臺可以為大家提供大量驅(qū)動(dòng)代碼，盡可能的包含更多的芯片驅(qū)動(dòng)，方便用戶使用。

2.3.4 驅(qū)動(dòng)層架構(gòu)

2.3.5 按鍵驅(qū)動(dòng)架構(gòu)

驅(qū)動(dòng)層很好地利用了c++類的特性。將非用戶信息進(jìn)行屏蔽，只留出擁護(hù)需要的方法。

2.3.6 驅(qū)動(dòng)使用示例

2.4 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層

2.4.1 網(wǎng)絡(luò)通信

eBox的網(wǎng)絡(luò)功能非常簡潔，功能也非常強(qiáng)大，給用戶提供了一套標(biāo)準(zhǔn)的socket接口，除此之外還有TCP、UDP、DNS等網(wǎng)絡(luò)支持，大大方便用戶對網(wǎng)絡(luò)的需求。

2.4.2 文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)是在嵌入式領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一個(gè)問題， eBox將此功能集成起來。留給用戶的只有fatfs的標(biāo)準(zhǔn)接口。如果用戶想在自己的board上使用eBox，只需修改sd的初始化的接口即可。

當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)庫不僅僅包含這兩項(xiàng)，還有很多其他的內(nèi)容比如常用數(shù)學(xué)庫、控制算法庫、色彩轉(zhuǎn)換庫等隨著不斷的發(fā)展會有更多的應(yīng)用庫加載進(jìn)來，工程師可根據(jù)自己的需求來選擇不同的庫實(shí)現(xiàn)自己的算法。

3 總結(jié)

eBox是借鑒Arduino的思路來對STM32編程進(jìn)行系統(tǒng)的改造，徹底改變STM32編程的分散化現(xiàn)狀，打造一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)。目前eBox可以支持STM32F103全系列MCU。在今后的發(fā)展中會不斷地把eBox移植到其他MCU平臺。例如8051、NXP、飛思卡爾等。再構(gòu)建一個(gè)超級生態(tài)圈，讓應(yīng)用層幾乎不做任何修改就可以實(shí)現(xiàn)跨平臺移植。這是eBox最終發(fā)展的目的。

參考文獻(xiàn)：

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