CN109358839A - 一种嵌入式单片机软件开发的方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式单片机软件开发的方法及存储介质，用于提供一种快速开发嵌入式单片机产品逻辑功能的方法，简化单片机软件业务应用开发的难度。将Lua脚本引入单片机开发，将待开发产品功能划分为业务应用和芯片通用功能两个子系统，通用功能子系统完成对硬件接口的操控，业务应用子系统采用Lua编程实现产品的具体功能逻辑，业务应用子系统通过抽象的接口调用通用功能子系统，控制硬件设备实现完整的业务功能。由于业务应用逻辑基本与硬件无关，可以直接在PC机上进行Lua脚本业务逻辑子系统的开发调试。还可以对业务逻辑接口进行规范化、模板化设计，快速构造符合需求的业务应用程序，降低了单片机开发的难度，提高了效率。

Description

一种嵌入式单片机软件开发的方法及存储介质

技术领域

本发明涉及一种单片机软件开发技术，尤其涉及一种嵌入式单片机软件开发的方法。

背景技术

当前，嵌入式单片机软件开发都是采用：在pc机上编码，然后在目标单片机上运行调试程序代码的方法。每次调试验证程序时，都必须按照如下操作进行：

1、pc机上交叉编译待验证程序，生成目标单片机上的bin文件；

2、通过工具软件将bin文件下载到单片机上；

3、通过串口或仿真器调试验证程序的正确性；

4、如果验证通过，则功能开发结束；否则需要重复上述步骤。

由于不同的单片机的开发环境不同，单片机自身的性能和编程接口也是千差万别，使得嵌入式单片机软件在开发时，反复在单片机和PC机之间来回切换，下载调试，导致嵌入式单片机软件开发的难度较大，开发效率较低，对没有相关工作经验的程序员来说，面临的困难更大。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明为解决现有技术缺陷和不足，提出了一种嵌入式单片机软件开发的方法，通过将Lua脚本引入单片机开发，将待开发产品功能划分为业务应用和芯片通用功能两个子系统，通用功能子系统完成对硬件接口的操控，业务应用子系统采用Lua编程实现产品的具体功能逻辑；使得业务功能开发调试能够在PC机上完成，无需来回在单片机和PC间切换，提高了效率；规范了Lua脚本，对共性需求进行模块化设计，提高了重用性，简化了后续共性产品开发。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种嵌入式单片机软件开发的方法，用于提供一种快速开发嵌入式单片机产品逻辑功能的方法，简化单片机软件业务应用开发的难度，包括如下步骤：

设计单片机上的软件功能模块框架；

在PC机上进行产品业务功能逻辑开发；

将PC机上开发调试好的产品业务功能文件下载更新到单片机。

作为进一步的改进技术方案，上述步骤设计单片机上的软件功能模块框架具体包括如下步骤：

将所述软件功能模块框架设计为Lua和C接口抽象层；

将所述Lua和C接口抽象层按照Lua脚本调用标准抽象封装的C语言函数库；

所述Lua脚本调用通用功能子系统的接口进行封装，调用由Lua业务逻辑子系统进行调用，经由Lua引擎解释执行。

作为进一步的改进技术方案，上述所述Lua引擎是 Lua解释器，负责解析执行与硬件无关的Lua业务逻辑脚本。

作为进一步的改进技术方案，上述所述通用功能子系统包括单片机、软件开发工具包提供的各种与硬件相关的调用接口，包括UART、I2C、GPIO操作接口。

作为进一步的改进技术方案，上述所述Lua 业务逻辑子系统是用户不同产品形态的业务应用程序。

作为进一步的改进技术方案，上述所述单片机上的软件功能模块框架还包括驱动层，驱动层包括硬件抽象层、板级支持包和驱动程序，为上层应用程序提供外部设备的操作接口，所述上层应用程序调用驱动的接口即可操作外部设备。

作为进一步的改进技术方案，上述所述单片机上的软件功能模块框架还包括嵌入式操作系统，所述嵌入式操作系统包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面和标准化浏览器，处理嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配，任务的调度、控制、协调并发活动，并通过装卸模块达到系统所要求的功能。

作为进一步的改进技术方案，上述所述步骤在PC机上进行产品业务功能逻辑开发具体包括如下步骤：

将PC机上运行的产品业务功能逻辑涉及的单片机软件分割为C语言部分和lua语言开发的业务应用部分；

先运行C语言部分为Lua语言应用的运行提供环境，同时通过Lua引擎将硬件操控部分与产品业务应用分离，使Lua开发的用户业务脚本与硬件无关，从而可在PC机上进行开发调试；

在PC机上下载安装标准的Lua脚本开发工具，用Lua脚本语言完成产品业务功能逻辑涉及的单片机软件业务应用逻辑开发。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有嵌入式单片机软件开发的程序，该嵌入式单片机软件开发的程序被处理器执行时实现上述的嵌入式单片机软件开发的方法的步骤。

与现有嵌入式单片机软件开发难度较大，开发效率较低相比，本发明将Lua脚本引入单片机开发，通过在PC机上安装Lua解释器，在PC机上进行LUA脚本业务逻辑子系统的开发和调试，最后再下载到单片机上，避免了开发过程中反复在目标单片机和PC机之间来回切换、下载、调试的麻烦。这样大大简化了程序开发和调试的难度。对有共性的嵌入式产品，还可以对业务逻辑接口进行规范化、模板化设计，达到快速构造符合需求的用户业务应用程序。简化了开发流程，降低了开发调试的难度，方便快速开发产品。

附图说明

图1是本发明一种嵌入式单片机软件开发的方法优选实施例的流程图。

图2是本发明一种嵌入式单片机软件开发的方法优选实施例单片机上的软件功能模块框图。

图3是本发明一种嵌入式单片机软件开发的方法优选实施例的单片机通用的程序流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

单片机又称微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，或者单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。随着智能技术和单片机技术的发展，单片机技术得到了越来越广泛的使用，诸如手机、PC外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到MCU（单片机）的身影。而与单片机的应用密切相关的单片机的软件开发，直接影响到单片机的功能和应用。当前，嵌入式单片机软件开发都是采用在pc机上编码，然后在目标单片机上运行调试程序代码的方法，每次调试验证程序时，都必须按照如下操作进行：

PC机上交叉编译待验证程序，生成目标单片机上的bin文件；

通过工具软件将bin文件下载到单片机上；

通过串口或仿真器调试验证程序的正确性；

如果验证通过，则功能开发结束；否则需要重复上述步骤。

不同的单片机，开发环境各异，单片机自身的性能和编程接口也是千差万别，导致嵌入式单片机软件开发的难度较大，开发效率较低。

目前主流的单片机基本都是32bit的MCU处理器，一些原本只能在PC机上使用的工具也有可能在单片机上运行了。因此，经评估，将Lua脚本引入到单片机的开发。将待开发产品功能划分为业务应用和芯片通用功能两个子系统，通用功能子系统完成对硬件接口的操控，业务应用子系统采用Lua编程实现产品的具体功能逻辑；业务应用子系统通过抽象的接口调用通用功能子系统，控制硬件设备实现完整的业务功能。

由于Lua是解释程序脚本语言，通过在PC机上安装Lua解释器，就能完成业务的功能开发验证，再下载到单片机上。这样大大简化了程序开发和调试的难度。由于业务应用逻辑基本与硬件无关，于是可以直接在PC机上进行Lua脚本业务逻辑子系统的开发和调试，避免了开发过程中反复在单片机和PC机之间来回切换，下载调试的麻烦。对有共性的嵌入式产品，还可以对业务逻辑接口进行规范化，模板化设计，达到快速构造符合需求的用户业务应用程序。降低对业务逻辑开发人员的技术要求。

本发明提供了一种嵌入式单片机软件开发的方法，如图1本发明一种嵌入式单片机软件开发的方法优选实施例的流程图所示，本发明优选实施例包括如下步骤：

步骤S100，设计单片机上的软件模块框架。

具体而言，本实施例中，单片机上的软件模块框架设计，如图2所示为本发明一种嵌入式单片机软件开发的方法优选实施例单片机上的软件功能模块框图，该软件功能模块框架包括Lua和C接口抽象层、Lua业务逻辑子系统、通用功能子系统和Lua引擎。设计单片机上的软件功能模块框架具体包括如下步骤：

步骤S101，将所述软件功能模块框架设计为Lua和C接口抽象层。

步骤S102，将Lua和C接口抽象层按照Lua脚本调用标准抽象封装的C语言函数库。

步骤S103，Lua脚本调用通用功能子系统的接口进行封装，调用由Lua业务逻辑子系统调用，经由Lua引擎解释执行。

其中，Lua引擎，也就是Lua解释器，负责解析执行硬件无关的Lua业务逻辑脚本。

通用功能子系统则包括单片机（MCU）、软件开发工具包(SDK)提供的各种硬件相关调用接口，包括UART，I2C，GPIO操作接口等。

Lua 业务逻辑子系统，由于业务应用逻辑基本与硬件无关， 在PC机上即可开发和调试Lua业务逻辑子系统，即用户不同产品形态的业务应用程序。

进一步的，上述单片机上的软件功能模块框架还包括驱动层和嵌入式操作系统。

其中，驱动层由硬件抽象层（HAL）、板级支持包（BSP）和驱动程序组成，为上层应用程序提供外部设备的操作接口，并且实现设备的驱动程序，上层应用程序可以不管操作的设备内部实现，只需要调用驱动的接口即可操作外部设备。

而嵌入式操作系统通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器，负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配，任务的调度、控制、协调并发活动，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。

步骤S200，在PC机上的进行产品业务功能逻辑开发。

具体而言，本实施例中，PC机上的产品业务逻辑开发具体包括如下步骤：

将PC机上运行的产品业务功能逻辑涉及的单片机软件分割为C语言部分和lua语言开发的业务应用部分；

在PC机上电后，先运行C语言部分为Lua语言应用的运行提供环境，同时通过Lua引擎将硬件操控部分与产品业务应用分离开来，使得Lua开发的用户产品业务脚本与硬件无关，从而可以在PC机上进行开发调试。

在PC机上下载安装标准的Lua脚本开发工具，比如：LuaStudio集成开发工具，用Lua脚本语言完成产品业务功能逻辑涉及的单片机软件业务应用逻辑开发。

步骤S300，将PC机上开发调试好的产品业务功能文件下载更新到单片机。

具体而言，本实施例中，开发调试好的产品业务功能文件下载更新到单片机，将在PC机上开发调试好的产品业务功能文件下载更新到单片机上，通过单片机程序执行路径调起相应的功能，对有共性的嵌入式产品，还可以对业务逻辑接口进行规范化，模板化设计，达到快速构造符合需求的用户业务应用程序，设计出符合用户需求的单片机产品。

实现本实施例的具体程序流程如图3本发明一种嵌入式单片机软件开发的方法优选实施例的单片机通用的程序流程图所示：

步骤A，初始化单片机MCU及外围软硬件，用于创建C语言程序环境；

步骤B: 初始化Lua脚本解释器，即初始化C语言编写的Lua引擎程序，为后面的产品业务功能逻辑程序运行提供环境；

步骤C:初始化并注册Lua和C抽象接口；以实现Lua引擎和单片机C程序之间的接口映射，为后续Lua调用操控单片机硬件提供支持；

步骤D：从flash中加载Lua脚本；也即加载Lua语言开发的产品业务逻辑程序脚本；

步骤E:用于判断是执行产品业务应用的Lua脚本是否存在；

步骤F：当步骤E判断Lua脚本不存在，则下载 Lua脚本 ；

步骤G：如果flash中有Lua脚本存在，则将产品业务逻辑应用脚本，即传递Lua脚本给Lua解释器，Lua解释器将按照产品业务逻辑脚本执行具体的业务逻辑功能；并且Lua引擎调用上述步骤初C中初始化好的接口Lua和C抽象接口，即Lua和C的接口函数实现对单片机硬件的操控。

从上述执行过程可以看出：整个单片机软件被分割为C语言部分，Lua语言开发的业务应用部分。上电后，C语言部分首先运行起来，为后面Lua语言应用的运行提供环境，同时通过Lua引擎将硬件操控部分与用户业务应用分离开来，使得Lua开发的用户业务脚本与硬件无关，从而可以在PC机上进行开发调试。这使得产品业务功能开发调试能够在PC机上完成，无需来回在单片机和PC间切换，提高了效率；同时，规范了Lua脚本，对共性需求进行模块化设计，提高了重用性，简化了后续共性产品开发。

本发明还提供一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质存储有嵌入式单片机软件开发的程序，该嵌入式单片机软件开发的程序被处理器执行时实现上述的嵌入式单片机软件开发的步骤。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种嵌入式单片机软件开发的方法，用于提供一种快速开发嵌入式单片机产品逻辑功能的方法，简化单片机软件业务应用开发的难度，其特征在于，包括如下步骤：

设计单片机上的软件功能模块框架；

在PC机上进行产品业务功能逻辑开发；

将PC机上开发调试好的产品业务功能文件下载更新到单片机。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述步骤设计单片机上的软件功能模块框架具体包括如下步骤：

将所述软件功能模块框架设计为Lua和C接口抽象层；

将所述Lua和C接口抽象层按照Lua脚本调用标准抽象封装的C语言函数库；

所述Lua脚本调用通用功能子系统的接口进行封装，调用由Lua业务逻辑子系统进行调用，经由Lua引擎解释执行。

3.根据权利要求2所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述Lua引擎是 Lua解释器，负责解析执行与硬件无关的Lua业务逻辑脚本。

4.根据权利要求2所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述通用功能子系统包括单片机、软件开发工具包提供的各种与硬件相关的调用接口，包括UART、I2C、GPIO操作接口。

5.根据权利要求2所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述Lua 业务逻辑子系统是用户不同产品形态的业务应用程序。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述单片机上的软件功能模块框架还包括驱动层，驱动层包括硬件抽象层、板级支持包和驱动程序，为上层应用程序提供外部设备的操作接口，所述上层应用程序调用驱动的接口即可操作外部设备。

7.根据权利要求6所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述单片机上的软件功能模块框架还包括嵌入式操作系统，所述嵌入式操作系统包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面和标准化浏览器，处理嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配，任务的调度、控制、协调并发活动，并通过装卸模块达到系统所要求的功能。

8.根据权利要求7所述的一种嵌入式单片机软件开发的方法，其特征在于，所述步骤在PC机上进行产品业务功能逻辑开发具体包括如下步骤：

将PC机上运行的产品业务功能逻辑涉及的单片机软件分割为C语言部分和lua语言开发的业务应用部分；

先运行C语言部分为Lua语言应用的运行提供环境，同时通过Lua引擎将硬件操控部分与产品业务应用分离，使Lua开发的用户业务脚本与硬件无关，从而可在PC机上进行开发调试；

在PC机上下载安装标准的Lua脚本开发工具，用Lua脚本语言完成产品业务功能逻辑涉及的单片机软件业务应用逻辑开发。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有嵌入式单片机软件开发的程序，该嵌入式单片机软件开发的程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述的嵌入式单片机软件开发的方法的步骤。