第2章系统架构设计

第2章：系统架构设计——分层架构与模块划分

好，咱们接着聊。上一章我们把需求理清楚了，现在该动手画架构图了。

说实话，很多新手工程师一上来就写代码，写到后面发现耦合得跟麻花似的。我早期也犯过这个错，一个药盒项目改了三版，最后不得不重构。从那以后，我养成了一个习惯：先画图，再写代码。

2.1 为什么选分层架构？

药盒这个产品，说白了就是个嵌入式小系统。但它有个特点：硬件可能会变。

你想想看，今天用STM32，明天可能换成GD32。今天用OLED屏，明天可能改成段码LCD。如果代码全揉在一起，换一个硬件就得重写一半代码。

分层架构就是为了解决这个问题。它的核心思想就一句话：上层不关心下层怎么实现，下层不依赖上层的逻辑。

我一般把药盒的软件分成三层：

应用层：业务逻辑，比如吃药提醒、用药记录
驱动层：直接操作硬件，比如点亮LED、读取按键
硬件抽象层（HAL）：介于两者之间，屏蔽硬件差异

嗯，这里要注意：HAL层不是必须的。如果你的产品永远不换芯片，那可以省掉。但药盒这种产品，生命周期长，迭代快，我个人建议还是加上。

2.2 模块划分——把大象装进冰箱

分层之后，每一层还要继续拆模块。我习惯按功能来拆，就像整理工具箱一样，螺丝刀放一格里，扳手放另一格。

药盒的模块划分，我一般这样搞：

层级	模块名称	职责说明
应用层	提醒管理	定时触发吃药提醒，处理用户确认/延迟
应用层	用药记录	记录每次吃药时间、剂量，生成日志
应用层	用户交互	处理按键输入、屏幕显示、语音播报
驱动层	RTC驱动	读写实时时钟芯片，获取当前时间
驱动层	按键驱动	扫描按键矩阵，去抖，生成事件
驱动层	显示驱动	控制OLED/LCD，刷新屏幕内容
驱动层	存储驱动	读写EEPROM或Flash，保存配置和日志
HAL层	定时器抽象	统一接口，屏蔽不同MCU的定时器差异
HAL层	GPIO抽象	统一管脚操作接口，方便移植

你看，每个模块的职责都很单一。这就是所谓的高内聚、低耦合。我在项目中遇到过有人把按键扫描和提醒逻辑写在一个函数里，结果改提醒时间的时候，按键莫名其妙不灵了。嗯，这就是耦合的代价。

2.3 数据流图——让数据跑起来

模块分好了，数据怎么在它们之间流动？我习惯画一张数据流图，把关键路径标出来。

药盒的核心数据流是这样的：

用户设置提醒：按键输入 → 应用层解析 → 写入存储模块
定时触发提醒：RTC驱动 → 提醒管理模块 → 显示/语音驱动
用户确认吃药：按键输入 → 应用层记录 → 写入存储模块

我举个例子，定时触发提醒这条路径：

RTC驱动（每秒更新） 
    → HAL层定时器回调 
        → 提醒管理模块（检查当前时间是否匹配） 
            → 显示驱动（弹出提醒界面） 
            → 语音驱动（播放提示音）

这里有个坑，我曾经踩过：不要在中断里直接调用驱动层函数。RTC中断里如果直接去刷屏，轻则卡顿，重则死机。正确的做法是：中断里只设置一个标志位，主循环里再去处理。

避坑指南：我曾经在一个项目里，把RTC中断优先级设得特别高，结果按键扫描一直抢不到CPU时间。用户按了键，要等好几秒才有反应。后来我把中断里的操作精简到极致，只做时间更新，其他事情都丢到主循环里做，问题就解决了。

2.4 接口设计——模块之间的契约

模块之间怎么通信？靠接口。我一般把接口定义成头文件里的函数声明，比如：

// 提醒管理模块接口
void Reminder_Init(void);
void Reminder_Check(void);
void Reminder_SetAlarm(uint8_t index, uint8_t hour, uint8_t minute);
void Reminder_CancelAlarm(uint8_t index);

// 显示驱动接口
void Display_Init(void);
void Display_ShowText(uint8_t line, const char* text);
void Display_ShowIcon(uint8_t iconId);

// 存储驱动接口
void Storage_Init(void);
void Storage_Write(uint16_t addr, uint8_t* data, uint16_t len);
void Storage_Read(uint16_t addr, uint8_t* data, uint16_t len);

你看，每个接口都很简洁。参数类型尽量用标准类型，别搞什么自定义结构体传指针，移植的时候会疯掉。我早期就吃过这个亏，换芯片后发现结构体对齐方式不一样，数据全乱了。

个人经验：接口设计有个小技巧——参数尽量用基本类型。比如时间就用uint8_t hour, uint8_t minute，别搞个struct tm传进去。这样不管换什么编译器、什么芯片，接口都不会出问题。

2.5 架构落地的几个要点

光有图还不够，落地的时候有几个细节要注意：

文件组织：每个模块一个.c和一个.h文件，放在对应层级的目录下。比如app/reminder.c、drv/display.c、hal/hal_timer.c。
命名规范：函数名带模块前缀，比如Reminder_Check()、Display_ShowText()。这样看代码就知道是哪个模块的。
依赖方向：应用层只能调用驱动层和HAL层，驱动层不能反过来调用应用层。这是铁律，破了就乱套。

我记得有一次评审代码，发现有人为了省事，在驱动层里直接调用了应用层的提醒函数。我说这不行，他说就这一次。结果后来换屏幕驱动，提醒逻辑也跟着崩了。嗯，架构的规矩，一次都不能破。

好了，这一章我们讲了分层架构、模块划分、数据流图和接口设计。下一章我们开始搭开发环境，把代码写起来。

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