引言 ：嵌入式軟件開發分層、模塊化是理想狀態，實際開發中因各種限制而有所取舍，但這不妨礙學習參考優秀軟件架構，即使有部分思想在項目中落實，也是大有裨益的。

1、AUTOSAR的軟件分層理論

汽車電子與消費電子不同，其硬件、軟件都更關注可靠性、安全性和長效性。其軟件需要兼容不同供應商、在不同車型可復用，汽車電子行業的軟件架構AUTOSAR（Automotive Open System Architecture）可以作為參考對象。因為不曾使用和系統學習，基于有限信息理解其軟件分層思想，可能有所偏差。

AUTOSAR是一種汽車開放系統架構，AUTOSAR規范的運用使得電子控制單元的接口特征標準化，應用軟件具備更好的可擴展性以及可移植性，實現對現有軟件的重用，提高軟件產品的質量。

傳統的汽車電子軟件開發流程存在很多不足：

1、軟件復用性極差

2、硬件平臺各式各樣，接口難以統一

3、功能差異性導致軟件模塊化極其有限

4、嵌入式系統不支持硬件抽象

這也是芯片供應緊缺或升級迭代加快，頻繁更換物料時嵌入式設備軟件開發所面臨的問題，重復的無用功太多。

如車載空調ECU零件（Electronic Control Unit 電子控制單元），在A款車型上進行首次開發，可通過實體按鍵操作調節溫度。但是同樣的空調、同樣的ECU，換到B款車型上做開發時，想用中控大屏幕來控制溫度，之前寫的控制代碼就不管用了，需要從頭開始重新開發。或者說，同樣的A款車型，想升級換另一個空調零件，那么軟件也得重新開發。

深度耦合的架構，導致新項目很難復用以前的代碼，幾乎每一個新項目都是從頭開始。

而AUTOSAR的目的就是建立分層的體系架構和制定接口規范，將分層架構高度抽象，使得汽車嵌入式系統軟硬件耦合度降低。

應用軟件層專注于業務功能開發，不關注底層硬件細節；基礎軟件層針對不同的硬件適配提供基礎接口，不關注業務邏輯。各個供應商或廠家按統一的標準實現各自的功能，互不干擾。

基礎軟件層框架：

基礎層基于硬件實現基礎的驅動功能，類似BSP效果，但進行了一定抽象封裝，與硬件解耦。

應用層實現業務功能，為保證業務功能和底層的解耦，中間是運行時環境RTE隔離。RTE是AUTOSAR 體系的核心，支持軟件組件間、基礎軟件間、軟件組件與基礎軟件之間的通信。

AUTOSAR的標準化，使軟件開發合作如同堆積木一樣，可以按需修改和更換不同的子模塊，其核心思想是“統一標準、分散實施、集中配置”。軟件系統的開放化和標準化提高軟件開發的效率和質量。

2、軟件分層實施

軟件分層理論不錯，但如汽車電子的AUTOSAR的復雜架構需要工具配置保證接口和規范，對于消費電子或者小公司無法滿足條件的，如何結合實情進行簡化實施呢？

以電子產品充電時需要亮LED為例，即主芯片的某個GPIO控制LED亮滅的需求，拋磚引玉的發表見解。

主控芯片可能有C1、C2、C3三種，而不同的產品形態導致硬件布局差異，即使都是C1主控方案，可能采用P1、P2、P3三個引腳的其中一個用于LED控制，對于點亮LED，P1、P2是輸出高亮燈，而P3是輸出低亮燈。

針對這個需求，充電時亮燈屬于業務需求，按需求執行亮燈接口；底層提供GPIO輸出，對于LED的控制屬于運行時環境。為了簡化稱呼，自定義為三層結構，即平臺適配層---功能組件層---業務層 ，最下層為芯片原廠庫或者SDK。

軟件開發從底層開始，不同的芯片控制GPIO的接口不同，因此需要封裝一層，使用固定的pal_gpio_write接口，至于最終使用哪顆芯片的HAL庫或者SDK，需要根據芯片類型配置決定，這樣功能組件層不關注芯片差異導致的GPIO控制接口差異，只需要關注具體的GPIO引腳，而這個由LED功能里的配置決定。最終提供給業務層的接口就只有led_charge_show()，具體這個接口運行在什么平臺、控制哪個端口都是封閉的。對于業務層開發，只需要知道，充電時LED的工作狀態執行led_charge_show即可，其內部細節不關注。

這其中除了C源碼開發，對腳本處理及其擴展也是軟件分層實現的基礎，僅僅使用IDE開發工具是無法做到的。按開發環境選擇合適的腳本語言，分層配置，最后統一使用某個項目宏，即開啟對應的項目宏。編譯時選擇對應的C文件或者宏定義，實現一套代碼選擇性的編譯匹配不同的硬件主板或軟件需求。腳本方面可以參考微信公眾號** 嵌入式系統** 的 《[項目配置與編譯自動化]

3、小節

因為接口標準化，軟件與硬件解耦，業務邏輯和驅動模塊解耦，功能組件相互獨立解耦，軟件復用度提高，多人并行開發，軟件質量和進度大大提高。

分層隔離的優點很多，但也存在些弊端。

**1、資源消耗大 ** 因為模塊化、分層，存在冗余兼容代碼，對代碼存儲和RAM有一定要求，過于低端或者資源緊缺的芯片估計難以實現，但也可局部分層。

**2、配置多 ** 因為軟件需要兼容不同芯片、不同主板、以及各種功能組合，每個具體項目存在很多配置項，而且部分配置互相關聯，如果不熟悉或者沒有類似AUTOSAR的可視化工具，新加項目或者更換主板可能需要點時間。

**3、邏輯流程繁瑣 **分層軟件的特點是各種指針和內存共享等，而且因為隔離，原本很簡單的操作需要經過不同組件間接操作，流程不夠直接，代碼出現問題，排查比較困難。

總體來說，分層和模塊化是一種開發思想，需要結合硬件資源和團隊特性來實施。

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