嵌入式软件架构设计 _架构设计

如何设计一个好的软件架构，如何提高软件的扩展性，移植性，复用性和可读性？
【嵌入式软件架构设计】很多做嵌入式开发的朋友经常会遇到这种情况：一个项目软件设计完成了，客户提出了一些新的功能需求。这时侯如果客户新需求不多，软件增加一些新功能即可，但是增加新功能后程序容易出现各种异常问题；这时侯如果客户新需求很多，导致软件全局很多地方需要修改，甚至有可能导致软件重写。造成这种结果的原因是，软件设计没有遵循软件设计原则，没有使用正确的设计模式和正确的软件架构。
软件设计五大原则：单一原则，开闭原则，里氏代换原则，接口隔离原则，依赖倒置原则。
27种设计模式：适配器模式，装饰模式，观察者模式，迭代器模式，拜访者模式等等（不一一列举）。
软件架构：分层架构，过滤器架构，插件架构，MVC架构等等。
规则和方法繁多，往往难以融会贯通地使用到实际项目中，接下来我用一个项目来介绍如何遵循软件设计原则，如何使用良好的设计模式和架构，这个项目是一个用于智能家具系统的网关软件设计项目。
我们先来了解一下智能家居系统，它是由网关，智能触控屏，控制模块，检测模块等组成，实现对家居设备智能控制。该系统可以控制灯，空调，窗帘，蓝牙音乐，地暖等家居设备。用户可以通过语音指令，智能触控屏，手机App，电脑云端等方式监控家居设备状态。该系统应用场景如图：

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网关功能描述
智能家居系统的控制枢纽是网关，网关的主要任务是实现对触控模块，控制模块，检测模块的状态监测和控制。网关的功能如下：
1、使用嵌入式以太网控制器硬件实现TCP访问局域网内的本地服务器和外网的云端服务器。本地服务器可以配置网关参数，可以通过网口对网关固件进行升级，用户通过手机APP使用云端服务器下发数据给网关。
2、使用485总线接收面板的和环境传感器的上报数据，分析数据并下发485指令操作开关控制器实现对执行单元的控制。
3、用户可以通过扩展的输入输出IO口，实现简单的开关输入和控制。
网关硬件描述
网关的硬件使用华大的HC32F460单片机为核心，外围设备有485电路，RTC电路，LCD电路，以太网控制器电路，IO控制电路。网关的硬件框图如下:

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软件框架
网关软件使用FreeRTOS操作系统，采用了模块化设计方法，每个功能独立成一个模块，每个单独的模块采用了分层设计。软件框架图如下：

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软件使用了模块化设计的方法，模块化设计核心思想就是“分而治之”，就是把一个复杂的问题分解为若干个简单的问题，然后逐个解决。在嵌入式软件设计中通常以硬件外设划分模块如：485模块，RTC模块，LCD模块，温湿度模块，ADC数据采集模块，GPIO控制模块等。模块化设计提高了软件系统的扩展性，模块可以根据需求布署和删除，模块化设计遵循了单一原则。软件工程源码中模块的划分如下：