嵌入式C数据存储模块设计

我正在设计一个嵌入式C数据存储模块。它将由希望访问此“共享”系统范围数据的文件/模块包含。多个任务聚合数十个输入（GPIO、CAN、I2C/SPI/SSP数据等），并使用API存储这些值。然后，其他任务可以通过API安全地访问数据。该系统是一个带有RTOS的嵌入式应用程序，因此使用互斥锁来保护数据。无论实施情况如何，都将使用这些想法

我以前设计过类似的东西，我正在努力改进它。我目前正在进行一个新的实现，我遇到了一些小问题，从一个全新的角度来看，我会受益匪浅

快速概述本模块的要求：

理想情况下，将有一个接口可以访问变量（一个get，一个set）。

我想返回不同的变量类型（float、int等）。这意味着可能需要宏。

我并不迫切需要代码空间，但它始终是一个问题

快速获取/设置是绝对重要的（这意味着在xml/json不可用的情况下存储字符串）

运行时不需要添加新变量。一切都是在开机时静态定义的

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问题是你将如何着手设计这样的东西？枚举、结构、访问器、宏等？我不是在这里寻找代码，只是讨论一般的总体设计思想。如果互联网上有解决这类问题的解决方案，也许仅仅一个链接就足够了。

我自己也经历过几次这种情况。每次我结束“滚我自己的”的时候，我肯定不会患上非发明于此（NIH）综合症。有时，空间、处理周转时间或可靠性/可恢复性要求只是使这条路最不痛苦

因此，我不想就此主题写一部伟大的美国小说，我只想在这里抛开一些想法，因为你的问题相当广泛（但至少感谢你提出一个问题并提供背景）

是C++的表吗？内联函数、模板和一些Boost库在这里可能很有用。但我猜这是C

如果您使用的是C99，那么至少可以使用内联函数，在类型安全方面，内联函数比宏高出一步

您可能需要考虑使用多个互斥体来保护数据的不同部分；即使更新很快，您也可能希望将数据分成多个部分（例如，配置数据、初始化数据、错误记录数据、跟踪数据等），并为每个部分提供自己的互斥，从而减少漏斗/瓶颈

<>你也可以考虑让所有的数据访问都通过服务器任务。所有读写操作都通过与服务器任务通信的API进行。服务器任务从队列中按顺序提取读写请求，通过写入RAM镜像快速处理它们，如果需要发送响应（至少对于读请求），然后在后台将数据缓冲到NVM（如果需要）。与简单的互斥体相比，它听起来很重，但在某些用例中有其优势。对你的申请了解不够，不知道这是否有可能

我要说的一件事是，通过标记（例如，可能是一个枚举列表，如配置数据、地址数据等）获取/设置的想法比直接寻址数据（例如，“给我地址ox42000处的256字节）前进了一大步.我看到许多商店在整个物理寻址方案最终崩溃时承受着巨大的痛苦&他们需要重新考虑/重新设计。试着将“什么”与“如何”分离开来-客户不必知道或关心东西存储在哪里，有多大，等等。（你可能已经知道了这一切，如果是的话，很抱歉，我只是一直在看……）

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最后一件事。你提到了互斥体。当心优先级反转…这会使那些“快速访问”"在某些情况下需要很长的时间。大多数内核互斥实现允许您考虑这一点，但通常默认情况下它不会启用。再次，如果这是一条老消息，我很抱歉…

我通常使用一个简单的字典，如API，使用int作为键和一个固定大小的值。这执行速度很快，使用非常少的程序RAM和has可预测的数据RAM使用情况。换句话说，最低级别的API如下所示：

void data_set(uint16 key, uint32 value);
uint32 data_get(uint16 key);

键成为常量列表：

#define KEY_BOGOMIPS 1
#define KEY_NERDS_PER_HOUR 2

您可以通过强制转换来处理不同的数据类型。这很糟糕，但您可以编写宏以使代码更清晰：

#define data_get_float(key) (float)data_get(key)

如果不为每个项目编写单独的宏或访问函数，就很难实现类型安全。在一个项目中，我需要验证输入数据，这就成为了类型安全机制

数据的物理存储结构取决于您拥有的数据内存、程序内存、周期和独立密钥的数量。如果您拥有大量的程序空间，请对密钥进行散列，以获得一个较小的密钥，您可以直接在数组中查找。通常，我将底层存储设置为：

struct data_item_t {
    uint16 key;
    uint32 value;
}

struct data_item_t items[NUM_ITEMS];

对我来说，即使在非常小的（8位）微控制器上，这也足够快，尽管如果你有很多东西，它可能不适合你

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请记住，您的编译器可能会很好地内联或优化写操作，因此每次访问的周期可能比您预期的要低。

我有过一些经验，并且发现每种方法都适合自己的需要。请写下我对这个问题的想法，希望这能给您一些想法

• 对于具有大量依赖关系和约束的更复杂的数据，我发现通常最好使用更高级别的模块，即使是在牺牲速度的情况下。它为您省去了很多麻烦，而且根据我的经验，这通常是一种方法，除非您有非常严格的约束。问题是存储大部分“静态”数据，在这种类型的模块中变化不大

  #ifndef __LIB_DATA_H
  #define __LIB_DATA_H
  
  #include <type.h>
  
  /****************************************************************************************
   * Constant Definitions
   ***************************************************************************************/
  
  /* Varname, default value (uint32_t) */
  #define DATA_LIST                                                                       \
    DM(D_VAR1, 0)                                                                         \
    DM(D_VAR2, 1)                                                                         \
    DM(D_VAR3, 43)
  
  #define DM(y, z)    y,
  
  /* create data structure from the macro */
  typedef enum {
      DATA_LIST
      NUM_DATA_VARIABLES
  } dataNames_t;
  
  typedef struct {
      dataNames_t name;
      uint32_t value;
  } dataPair_t;
  
  /* the macro has to be undefined to allow the fault list to be reused without being
   * defined multiple times
   *
   * this requires:
   * a file specific lint option to suppress the rule for use of #undef
   */
  #undef DM
  
  /****************************************************************************************
   * Data Prototypes
   ***************************************************************************************/
  
  /****************************************************************************************
   * External Function Prototypes
   ***************************************************************************************/
  
  /**
   * Fetch a machine parameter
   *
   * \param dataName The variable from DATA_LIST that you want to fetch
   *
   * \return The value of the requested parameter
   *
   */
  uint32_t lib_data_Get(dataNames_t dataName);
  
  /**
   * Set a machine parameter
   *
   * \param dataName The variable from DATA_LIST that you want to set
   * \param dataVal The value you want to set the variable to
   *
   * \return void
   *
   */
  void lib_data_Set(dataNames_t dataName, uint32_t dataVal);
  
  #endif /* __LIB_DATA_H */
  

  #include <type.h>
  #include "lib_data.h"
  
  /****************************************************************************************
   * Variable Declarations
  ***************************************************************************************/
  /* Used to initialize the data array with defaults ##U appends a 'U' to the bare
   * integer specified in the DM macro */
  
  #define DM(y, z)               \
      dataArray[y].name = y;     \
      dataArray[y].value = z##U;
  
  static bool_t dataInitialized = FALSE;
  static dataPair_t dataArray[NUM_DATA_VARIABLES];
  
  /****************************************************************************************
   * Private Function Prototypes
   ***************************************************************************************/
  static void lib_data_Init(void);
  
  /****************************************************************************************
   * Public Functions
   ***************************************************************************************/
  uint32_t lib_data_Get(dataNames_t dataName) {
      if(!dataInitialized) {
          lib_data_Init();
      }
  
      /* Should only be used on systems that do word-sized asm reads/writes.
       * If the lib gets extended to multi-word storage capabilities, a mutex
       * is necessary to protect against multi-threaded access */
      return dataArray[dataName].value;
  }
  
  void lib_data_Set(dataNames_t dataName, uint32_t dataVal) {
      if(!dataInitialized) {
          lib_data_Init();
      }
  
      /* Should only be used on systems that do word-sized asm reads/writes.
       * If the lib gets extended to multi-word storage capabilities, a mutex
       * is necessary to protect against multi-threaded access */
      dataArray[dataName].value = dataVal;
  }
  
  /****************************************************************************************
   * Private Functions
   ***************************************************************************************/
  
  /**
   * initialize the machine data tables
   *
   * \param none
   *
   * \return none
   *
   */
  static void lib_data_Init(void) {
      /* Invoke the macro to initialize dataArray */
      DATA_LIST
      dataInitialized = TRUE;
  }
  

  Std_ReturnType NvM_ReadBlock(NvM_BlockIdType BlockId, uint8* data);
  Std_ReturnType NvM_WriteBlock(NvM_BlockIdType BlockId, uint8* data);
  
   Std_ReturnType NvM_ReadAll(void);
   Std_ReturnType NvM_WriteAll(void);
  
   Std_ReturnType NvM_GetErrorStatus(NvM_BlockIdType BlockId, NvM_RequestResultType* res);