一种基于分层设计的小家电控制板通用程序框架

本文设计了一种基于分层设计的小家电控制板通用程序框架。分层设计有以下优点：
（1）降低系统复杂度。由于每层都是相对独立的，每层可以单独实现。
（2）隔离变化。通过分层设计，可以把变化的部分独立出来，让它们的变化不会给其他部分带来大的影响。
（3）具有良好的程序可移植性。
（4）具有良好的程序可维护性。
本文的程序框架以市电过零中断20ms，作为程序运行的滴答时钟。在主循环里每到20ms，执行一次，每次主程序循环一次的时间要小于20ms，且尽可能小，保证程序能及时响应。本文的分层设计，定义了三层架构；
第一层：系统层，位于程序最顶层。
第二层：任务层，系统层下的工作任务分配，位于程序中间层。
第三层：执行层，任务层下的执行过程，位于程序最底层。

图1 分层结构图

本文分层设计的实现过程：
1.针对小家电产品，系统层一般定义为四种事务：待机，开机，工作，告警。对于不同的小家电产品功能需求，系统层的事务定义可以适当裁剪或者增加。当接收到外部事件触发时,可以从一种事务切换到另一种事务。外部事件可以是按键，也可以是程序的事务处理，比如在工作事务，检测到异常，可以跳转到告警事务。
2.每种系统层的事务又有多个任务组成，以系统层下的工作事务为例，可以分为任务1，任务2，…,任务N。任务的切换一般是顺序切换，也就是执行完当前任务后，就跳转到下一任务。在任务层，当接收到外部事件触发时，可以返回到系统层。
3.每个任务下又可以分为多个执行过程，比如执行过程1，执行过程2，…,执行过程N。执行过程的切换和任务的切换类似，也是顺序切换。在执行层，当接收到外部事件触发时，可以返回到任务层或者系统层。

图2 小家电产品分层结构图

主程序代码框架：
Sys_State，Task_State，Exec_State分别对应系统层，任务层，执行层变量，程序运行中通过获取该三个变量的值，可知道程序当前运行在哪个状态下，具有良好的程序的可维护性。
bit time20ms;
unsigned char Sys_State; //对应系统层
unsigned char Task_State; //对应任务层
unsigned char Exec_State; //对应执行层

void Sys_Standy(void);
void Sys_PowerOn(void);
void Sys_Work(void);
void Sys_Alarm(void);while（1）
{if (time20ms){time20ms = 0;switch(Sys_State){case 待机: Sys_Standy();break;case 开机:Sys_PowerOn();break;case 工作:Sys_Work();break;case 告警:Sys_Alarm();break;default:break;}}
}

系统层下的工作事务代码框架

void Work_Task1(void);
void Work_Task2(void);
...
void Work_TaskN(void);void Sys_Work(void)
{switch(Task_State){case 任务1: Work_Task1();break;case 任务2Work_Task2();break;...case 任务N:Work_TaskN();break;default:break;}
}

工作事务下的任务1代码框架

void Work_Task1_Exec1(void);
void Work_Task1_Exec2(void);
...
void Work_Task1_ExecN(void);void Work_Task1(void)
{switch(Exec_StateState){case 执行过程1: Work_Task1_Exec1();break;case 执行过程2:Work_Task1_Exec2();break;...case 执行过程N:Work_Task1_ExecN();break;default:break;}
}

从示例代码可以看出，每一层的代码结构类似，都是基于状态机的编程。在设计过程中，需要定义好每一层的状态。当然并不是所有的系统层下都有任务层和执行层，任务层和执行层可以都没有，也可以只有任务层，这需要根据具体的小家电产品的功能需求来设计。任务层可以理解成当前系统层下有哪几个任务，执行层可以理解为完成某个任务有哪几个过程步骤。小家电产品的功能一般是顺序执行的过程，我们可以将功能细分成各个任务，每个任务在细分成各个执行过程。

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