1. 问题的提出
  2. 有什么更好的方案吗
  3. 结构体封装+指针传递
    1. .h文件
    2. .c文件
    3. 在其他模块中使用
  4. 通过函数提供读取和修改的接口
    1. .h文件
    2. .c文件
    3. 在其他模块中使用
  5. 联合起来
  6. 挖坑
# 嵌入式# 程序架构# 降低耦合

嵌入式模块化设计中的数据共享优化方案

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版权信息

⚠

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问题的提出

在嵌入式项目中，模块化每个功能有利于管理和理清开发思路，但是，当我们需要将模块联动起来的时候，需要一些必要的变量以实现两个模块之间的互相配合，最常见的方法是使用全局变量，但这样做使模块间耦合性[1]大大提高了。

有什么更好的方案吗

有的兄弟有的。只不过要牺牲一些效率（需要通过接口访问）。我们可以为共享变量建立一个专门的.c/.h文件，例如SharedData.c/.h。
这个文件集中管理模块间的共享变量。这样做结构清晰，每个模块只依赖 SharedData.h，而不是彼此依赖\
同时我们通过两种方法使需要访问变量的模块成功读取或修改变量：

  • 结构体封装+指针传递
  • 通过函数提供读取和修改的接口

结构体封装+指针传递

👍

  • 共享变量较多时非常好用。
  • 隐藏全局变量，外部模块无法直接访问共享数据而是通过指针，安全性高。
  • 更好扩展。
  • 方便，无需为每个变量都写函数接口以提供修改与读取。
  • 访问速度快。

.h文件

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#ifndef SHARED_DATA_H
#define SHARED_DATA_H

typedef struct {
    int sensor_value;
    int motor_speed;
} SharedData;

// 只提供获取指针的接口，而不是直接暴露变量
SharedData* get_shared_data(void);

#endif

.c文件

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#include "shared_data.h"

static SharedData system_data = {0, 0}; // 只在本文件可见

SharedData* get_shared_data() {
    return &system_data;
}

在其他模块中使用

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#include "shared_data.h"

void moduleA_update() {
    SharedData *data = get_shared_data();
    data->sensor_value += 10;
}

⚠

不推荐将接收共享变量的指针的变量定义为全局变量。尽管这样会方便一些。指针可能被多个模块修改，导致指向无效地址（增加 bug 风险）。推荐在每个函数内部通过接口访问变量。如果一定要这样做，请一定避免空指针（记住初始化指针）

使用全局指针示例：

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static SharedData *data;  // 仅限当前文件访问

void moduleA_init() {
    data = get_shared_data();//避免空指针
}

通过函数提供读取和修改的接口

👍

  • 灵活访问变量。你可以严格控制对数据的访问，如只读、避免非法值写入等；同时也可以自定义访问方法，如按位读取。非常的好用。
  • 可扩展性强。

❌

  • 代码冗长，调用花销稍大。
  • 变量太多时需要为每个变量都写接口，太麻烦。所以才要和上面的方法联合起来使用，只为必要的变量编写接口，其余通过第一种方法访问。

.h文件

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#ifndef SHARED_DATA_H
#define SHARED_DATA_H

void setSensorValue(int value);
int getSensorValue();

void setMotorSpeed(int speed);
int getMotorSpeed();

#endif

.c文件

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#include "shared_data.h"

static int sensor_value = 0;
static int motor_speed = 0;

void setSensorValue(int value) {
    if (value >= 0) {  // 限制非法值
        sensor_value = value;
    }
}

int getSensorValue() {
    return sensor_value;
}

void setMotorSpeed(int speed) {
    if (speed >= 0) {
        motor_speed = speed;
    }
}

int getMotorSpeed() {
    return motor_speed;
}

在其他模块中使用

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#include "shared_data.h"

void moduleA_update() {
    setSensorValue(getSensorValue() + 10);
}

联合起来

将两种方式联合起来使用——大部分变量，我们使用指针接口访问即可；如果有些变量需要一些个性化要求，我们为这些变量编写定制的接口就好。

挖坑

降低耦合性的方法还有使用单例模式，以及RTOS中的消息/事件机制。后续研究。

  1. 代码耦合性（Coupling）是指模块或组件之间的依赖程度。如果代码耦合性很高，模块之间会紧密依赖，导致代码难以维护、扩展和测试。 ↩︎