基于分層架構(gòu)的硬件電路檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

康瑞航，嚴(yán) 宇，劉 奇，郝 飛，申港港，倪 新

（陜西萬(wàn)方汽車零部件有限公司，陜西 西安 710200）

1 基本介紹

硬件電路檢測(cè)是電器產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，可以在產(chǎn)品外殼裝配環(huán)節(jié)前檢測(cè)出硬件電路甚至芯片或者電阻級(jí)別的質(zhì)量問(wèn)題，避免問(wèn)題件被深度加工。

硬件電路檢測(cè)軟件主要功能有開(kāi)關(guān)電路檢測(cè)（高有效、低有效）、ADC信號(hào)采集電路、系統(tǒng)電壓采集電路（主系統(tǒng)電壓和各分系統(tǒng)電壓）、系統(tǒng)喚醒源（CAN、LIN、硬線）電路、半橋/全橋驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路、驅(qū)動(dòng)電路的輸出反饋電路、驅(qū)動(dòng)電路的輸出上拉電路以及各種通信接口電路（CAN、LIN、串口）等等。

1.1 軟件功能需求和模塊劃分

硬件檢測(cè)軟件功能需求除了基本的硬件電路檢測(cè)以外，還需要人機(jī)交互、檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸功能、按照功能模塊化劃分，具體系統(tǒng)功能組件如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能組件圖

1.2 軟件分層設(shè)計(jì)

按照功能進(jìn)行軟件代碼分層設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)由外設(shè)驅(qū)動(dòng)層（PD）外設(shè)抽象層（PAL）、中間件層（Middleware）、應(yīng)用層、狀態(tài)機(jī)調(diào)度層分為5層。每個(gè)層級(jí)又分為多個(gè)單獨(dú)的模塊，模塊間相互獨(dú)立，被上次系統(tǒng)逐級(jí)調(diào)用，軟件分層如圖2所示。

圖2 軟件分層圖

2 各層軟件工作原理

2.1 外設(shè)驅(qū)動(dòng)層（PD）

PD層組件通過(guò)調(diào)用對(duì)外設(shè)寄存器操作的硬件訪問(wèn)（一般為宏定義或者static函數(shù)），讀寫MCU底層硬件外設(shè)模塊的寄存器，完成對(duì)外設(shè)功能配置和狀態(tài)讀取實(shí)現(xiàn)軟硬件交互，由于PD層代碼直接操作寄存器，所以其效率很高，但不能跨平臺(tái)使用[1]。

PD層組件提供了豐富的API接口，支持對(duì)外設(shè)寄存器進(jìn)行直接讀寫操作，其API函數(shù)以_DRV_xxxx命名，提供對(duì)某一外設(shè)初始化(_Init)、反初始化(_Deinit)、配置(_Config)、數(shù)據(jù)發(fā)送(_Send)、數(shù)據(jù)接收(_Receive)、寫寄存器(_Set)和讀寄存器/狀態(tài)(_Get)以及中斷；如：pins_channel_type_tPINS_DRV_ReadPins(const GPIO_Type * const base)用于讀取輸入引腳的電平。

2.2 外設(shè)抽象層（PAL）

在PD層的基礎(chǔ)上，封裝一個(gè)外設(shè)抽象層，將能夠?qū)崿F(xiàn)相同功能的外設(shè)PD組件封裝為一個(gè)PAL功能組件，PAL抽象對(duì)上層級(jí)提供統(tǒng)一的API函數(shù)，便于上層對(duì)于相同功能模塊的統(tǒng)一化處理。

PAL層組件對(duì)PD層組件功能進(jìn)行了抽象和封裝，提供了相對(duì)較少但功能強(qiáng)大的API接口，其API函數(shù)以_xxxx命名，提供對(duì)某一功能集外設(shè)初始化（_Init）、反初始化（_Deinit）、配置（_Config）、數(shù)據(jù)發(fā)送（_Send）、數(shù)據(jù)接收（_Receive）、寫寄存器（_Set）和讀寄存器/狀態(tài)（_Get）以及中斷回調(diào)函數(shù)注冊(cè)（_InstallEvent Callback）等功能函數(shù)；如：voidINT_SYS_InstallHandler（IRQn_Type irqNumber, constisr_tnewHandler, isr_t* const oldHandler）

定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)void ftmTimerISR(void)

代碼如下：

用于產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)志用于驅(qū)動(dòng)調(diào)度機(jī)制運(yùn)轉(zhuǎn)，以及指示燈閃爍，便于使用者觀察[2]。

2.3 間件層（Middleware）

一般中間件包括軟件協(xié)議棧（CAN，LIN）USB及文件系統(tǒng)，外圍復(fù)雜芯片驅(qū)動(dòng)。S32 SDK 提供了PD，PAL，Middle-ware，可以通過(guò)NXP公司的桌面可視化配置工具完成配置，配置方法參考的是官方說(shuō)明文檔，也可參考官方代碼自行完成PD層和PAL層設(shè)計(jì)[3]。

本設(shè)計(jì)PD層和PAL層用NXP提供的SDK配置，Middle-ware使用協(xié)議棧生成CAN，LIN通訊協(xié)如圖3所示。

圖3 CAN協(xié)議棧代碼

2.4 狀態(tài)機(jī)調(diào)度層（AL）

定義狀態(tài)數(shù)據(jù)的枚舉類型

2.5 應(yīng)用層（AL）

本設(shè)計(jì)應(yīng)用層主要是調(diào)用狀態(tài)機(jī)調(diào)度層，實(shí)現(xiàn)不同模塊的硬件狀態(tài)檢測(cè)，此外應(yīng)用層還有個(gè)重要任務(wù)是將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)CAN總線或者LIN總線或者串口傳輸出去，檢測(cè)結(jié)果輸出方式可靈活配置選擇某種方式也可以三種方式同時(shí)輸出，便于上位機(jī)或者顯示屏等使用，檢測(cè)結(jié)果通過(guò) CAN總線如圖4所示。

圖4 檢測(cè)結(jié)果通過(guò)CAN總線外發(fā)

3 車間生產(chǎn)驗(yàn)證

分層架構(gòu)設(shè)計(jì)的硬件檢測(cè)軟件和老版本的硬件檢測(cè)軟件在檢測(cè)效率和誤檢率上的比較數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 分層架構(gòu)后檢測(cè)時(shí)間和誤檢數(shù)對(duì)比（每100個(gè)）

4 結(jié)論

本文介紹的分層設(shè)計(jì)，逐級(jí)調(diào)用的硬件檢測(cè)軟件已經(jīng)在檢測(cè)臺(tái)架上使用，并明顯提高了檢測(cè)效率，降低了誤檢率。在硬件檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)中，這樣設(shè)計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）提高軟件質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，在各模塊算法軟件實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，能調(diào)用統(tǒng)一的底層軟件提高代碼復(fù)用性，避免重復(fù)去實(shí)現(xiàn)相似的函數(shù)，減少工作量提高代碼運(yùn)行效率。

（2）可配置的檢測(cè)結(jié)果輸出方式，方便后期檢測(cè)臺(tái)架升級(jí)，狀態(tài)機(jī)清晰的程序結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一接口可有效避免軟件代碼問(wèn)題，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

（3）代碼的分層設(shè)計(jì)，便于后期針對(duì)需求對(duì)部分軟件進(jìn)行調(diào)整而不影響其他沿用軟件，簡(jiǎn)化程序的升級(jí)和維護(hù)。