嵌入式C语言之硬件适配器模式

说明：

硬件适配器模式（Hardware Adapter Pattern）是一种结构型设计模式，用于将抽象和硬件设备之间的接口进行适配，使得软件系统能够与硬件设备进行无缝通信。该模式主要涉及到的角色包括抽象角色、具体抽象角色、适配器角色和具体适配器角色。

抽象角色

抽象角色是指定义了系统中使用的接口规范。在硬件适配器模式中，抽象角色是指用于表示不同硬件设备的接口规范。

该模式通过抽象出一个硬件适配器接口（HardwareAdapter），来描述不同硬件设备所需的接口和属性（就是让不同的硬件结构进行兼容性），以达到统一软件和硬件之间的接口。硬件适配器接口通常包括对硬件进行读取和写入的方法，以及获取和设置硬件属性的方法。

例如，我们可以定义一个抽象的温度传感器接口：

1typedef struct _temperature_sensor {
2    int (*read_temperature)(void);
3} temperature_sensor;

问题：

在实际应用中，我们可能需要与多种不同的硬件设备进行交互。这些硬件设备可能有不同的接口和协议，这就给软件代码的编写带来了一定的挑战。硬件适配器模式可以帮助我们解决这个问题，使得软件代码可以与不同的硬件设备进行交互。

模式结构：

硬件适配器模式通常由以下几个部分组成：

抽象层：用于描述软件代码需要使用的硬件接口，通常是一个接口或者抽象类。

具体实现类：实现了抽象层接口，用于与实际的硬件设备进行交互。

适配器：将具体实现类转换为抽象层接口，使得软件代码可以方便地使用这个接口进行交互。

1// 具体实现类：与串口设备进行交互
 2typedef struct {
 3    uint32_t baud_rate;
 4    uint8_t parity;
 5    uint8_t stop_bits;
 6} uart_config_t;
 7
 8typedef struct {
 9    uart_config_t config;
10    UART_HandleTypeDef handle;
11} uart_adapter_t;
12
13void uart_initialize(void)
14{
15    // 初始化串口硬件
16}
17
18void uart_send_data(uint8_t *data, uint16_t length)
19{
20    // 向串口发送数据
21}
22
23uint16_t uart_receive_data(uint8_t *buffer, uint16_t length)
24{
25    // 从串口接收数据
26}
27
28// 适配器：将uart_adapter_t转换为hardware_adapter_t接口
29typedef struct {
30    hardware_adapter_t adapter;
31    uart_adapter_t uart_adapter;
32} uart_hardware_adapter_t;
33
34void uart_hardware_adapter_initialize(void)
35{
36    uart_adapter_t *uart_adapter = &uart_hardware_adapter->uart_adapter;
37    // 配置uart_adapter
38    uart_initialize();
39}
40
41void uart_hardware_adapter_send_data(uint8_t *data, uint16_t length)
42{
43    uart_adapter_t *uart_adapter = &uart_hardware_adapter->uart_adapter;
44uart_send_data(data, length);
45}
46
47uint16_t uart_hardware_adapter_receive_data(uint8_t *buffer, uint16_t length)
48{
49uart_adapter_t *uart_adapter = &uart_hardware_adapter->uart_adapter;
50return uart_receive_data(buffer, length);
51}

协作角色

该模式的结构包括以下组件：

抽象接口：定义了所有硬件适配器都应该实现的方法。

具体适配器：实现抽象接口，提供对具体硬件的访问。

客户端：使用硬件适配器来访问硬件。

1/* 具体适配器 */
 2typedef struct {
 3  HardwareAdapter base;
 4  uint16_t port;
 5} SerialAdapter;
 6
 7void SerialAdapter_init(void) {
 8  /* 初始化串口硬件 */
 9}
10
11void SerialAdapter_write(uint16_t address, uint8_t data) {
12  /* 将数据写入串口 */
13}
14
15uint8_t SerialAdapter_read(uint16_t address) {
16  /* 从串口读取数据 */
17}
18
19/* 客户端 */
20void main(void) {
21  SerialAdapter adapter;
22  adapter.base.init = &SerialAdapter_init;
23  adapter.base.write = &SerialAdapter_write;
24  adapter.base.read = &SerialAdapter_read;
25
26  adapter.port = 0x01;
27
28  adapter.base.init();
29  adapter.base.write(adapter.port, 0x55);
30  uint8_t data = adapter.base.read(adapter.port);
31}

当然实际情况不仅是这些，也许比这复杂。但是相对来说不管是工厂模式还是其他模式都是对结构体和指针的应用。