Embedded 用于裸机嵌入式系统的Pin配置器和数据库

探索构建、编码和测试裸机嵌入式系统（约80MHz，~64kRAM）的多个管脚配置的最佳方法。我认为这段代码（/层）的一个方面是一个很小的databasecor数据结构，而另一个方面是使用数据库（通过Set/Get）通过一个很薄的抽象层来执行引脚（输出/输入）

嵌入式裸机系统工具和技术似乎落后于其他计算领域。因此，如果可以的话，我想阅读其他国家人民在这方面的经验

主题1：通过使用数据结构（/数据库）管理（/配置）一个位置（/模块）中的所有管脚。 引脚在启动后不会经常改变“模式”（如果有的话）。对我来说，有一个文件（/模块）是有意义的，其中所有64-100个管脚（嵌入式ARM uC通用）都配置有各自的端口名称、管脚编号、拉入方向、速度、管脚模式（输入、输出或模拟）、管脚功能（UART、ADC、DAC、比较器等）。最后，一个pin_ID可以作为每个pin的标识符，或者一个pin名称（如果愿意）

主题2：适合嵌入式裸机应用程序的非常小的数据库。 通过数据库管理所有这些PIN。例如，在运行期间的任何给定时刻，所有这些pin也可以具有pin_值。我想从（/到）数据结构（/数据库）写入和读取这些pin_值更改。 扩展上述关于管脚配置和管脚值存储的概念，我们将得到虚拟管脚。 虚拟管脚的行为与物理管脚类似。它将有一个pin_ID、pin_模式和pin_值。例如，我们有一个观察信号过零点的uC。过零检测只能从零变为一并返回，即数字输入。我们可以说它有一个ZC_ID的管脚ID，一个输入_模式的管脚模式和一个新的管脚类型的管脚类别值类别虚拟数字

主题3：数据库接口-一层薄薄的抽象层。 我们应用程序的其他模块可以通过数据库访问物理或虚拟pin值更改。 我们的应用程序应该能够通过简单的pin_ID知识读取和写入物理或虚拟pin。例如：

获取值（uint32针ID，uint32针ID值）

设置值（uint32引脚ID，uint32引脚ID）

然后，底层代码决定此pin_ID是对gpio pin还是虚拟pin的简单写入/读取。 类似地，在现代互联世界中，我需要读取和写入外部设备或服务器。我想使用相同的数据库接口来做到这一点。Ie服务器向uC模块发送带有更新值的消息，在uC模块中，数据库使用新值进行更新。然后，我们的应用程序可以从数据库中读取新值

谢谢

主题1：通过使用数据结构管理（/配置）一个位置（/模块）中的所有管脚

这应该是完全可行的；实际上，我（和我认为的其他程序员）就是这样做的：在SystemInit上，所有的管脚都是从默认状态（输入）配置为具有上拉功能的输入或输出，或者与一些特殊的内部硬件（例如UART）相关联

主题2：适合嵌入式裸机应用程序的小型数据库。通过数据库管理所有这些PIN。例如，在运行期间的任何给定时刻，所有这些pin也可以具有pin_值。我想从（/到）数据库中写入和读取这些pin_值更改。扩展上述关于管脚配置和管脚值存储的概念，我们将得到虚拟管脚

同样，这是可行的，实际上是以一种非常简单的方式。有时我在ram中使用单个整数，其中每个位都反映管脚的状态或其他状态。中断处理程序更新这些位，前台进程将查看它们。对于输出，它是相同的，相反的：前台写入这些位，中断使用这些位修改实际引脚。 因此，我最终得到了两个变量（输入\ U状态和输出\ U状态），例如，可以通过串行、蓝牙或以太网远程读取和写入

但从这一点到数据库，还有很长的距离。通常，为了性能和低成本，嵌入式应用程序靠近硬件，没有太多的虚拟化。但是谁知道你的要求是什么呢？也许您的预算很大，处理器功能强大，对速度的需求很少。

在GPIO的特定情况下，最好的办法是尽可能少地使用抽象层

您需要一个功能来设置端口或管脚，可能还需要一些时钟和管脚布线设置。然而，端口访问最好通过直接写入数据寄存器直接完成。为什么？因为如果你做这样的HAL：

pin_t pin_allocate (port, pin);
void pin_set (pin_t* p);

如果

pin\t

是某种抽象、不透明的类型，那么您可能会遇到非常微妙的重入错误，这是由于应用程序程序员无法跟踪代码中发生的事情造成的

考虑这种情况：

// BAD DESIGN, don't do this

static pin_t* led;
statci pin_t* relay;

void main (void)
{
  led = pin_allocate(PORTA, 0);
  relay = pin_allocate(PORTA, 1);
  ...

  pin_set(led);  
}

...

void PORTA_ISR (void)
{
  pin_set(relay);
}

这段代码中有一个竞争条件bug，但它被抽象层完全隐藏了起来

• 某些代码在用于驱动继电器的同一端口上分配了一个引脚。即将设置LED

• pin_set（）

  可能存储端口寄存器的值，并准备执行按位或
• ISR攻击。端口寄存器被写入，其值用于设置继电器
• 从子程序返回。完成对端口寄存器的LED写入，并清除继电器输出
• 这将表现为一种罕见的间歇性现象，继电器无法设置，相反，我们在线圈上遇到一个短故障，太短而无法驱动它
• 如果程序员最终错误地发现了一个竞争条件错误，他们可能会开始调查对

  中继

  变量的访问。但是这个变量本身可能受到保护并且是线程安全的——问题在于