C、硬件抽象层中的“extern”类型变量

Question

我正在研究硬件抽象层。此 HAL 的目的是在 linux 驱动程序和 MCU 驱动程序之间轻松切换。

我正在研究 SPI 接口。下面是“打开”SPI接口的HAL函数的签名。

hal/spi.h

spi_handle_t spi_open(spi_port_t channel, spi_config_t config);

spi_port_t：

• 在 Linux 上，它是一个基本类型：uint32_t
• 在 MCU 上，它是一个结构体。

spi_config_t：

• 在 Linux 和 MCU 上，它都是一个结构，但具有不同的字段。

所以在 mcu/spi.c 中，我有时会这样：

typedef spiBASE_t spi_channel_t;
typedef spiDAT1_t spi_config_t;

spi_handle_t spi_open(spi_channel_t channel, spi_config_t config) {
.
.
.
}

对于 linux/spi.c ：

typedef uint32_t spi_channel_t;
typedef ChannelConfig_t spi_config_t;

spi_handle_t spi_open(spi_channel_t channel, spi_config_t config) {
.
.
.
}

现在问题出在hal/spi.h，我需要定义什么是spi_channel_t和spi_config_t。

有没有办法制作类似的东西（我知道用 extern 是不可能的，但是为了解释很重要......）：

extern spi_channel_t;
extern spi_config_t;

这会对编译器说：“好吧，这两种类型没有在头文件中定义，你仍然可以在我传递给工具链的文件之一上找到它们的存储大小”。

Answer 1

您似乎正在寻找一种称为不透明类型的技巧。这是一种使用结构的前向声明以在C中实现私有封装和多态性的方法。它通常用于专业编写的嵌入式系统驱动程序，特别是可以这样实现：

hal/spi.h

// forward declaration of a struct, with typedef and struct tag:
typedef struct spi_handle_t spi_handle_t; 

// Require the caller to declare a spi_handle_t* pointer, not an object:
spi_handle_t* spi_init (...); 

mcu/spi.c

struct spi_handle_t
{
  // whatever you need here - these are now 100% private members
};

spi_handle_t* spi_init (...)
{
  spi_handle* result = address_of_some_static_memory_pool;

  /* init struct members here */

  return result;  
}

linux/spi.c

struct spi_handle_t
{
  uint32_t something;
  // whatever you need here - these are now 100% private members
};

spi_handle_t* spi_init (...)
{
  spi_handle* result = malloc(sizeof *result); // malloc is fine to use in Linux

  /* init struct members here */

  return result;  
}

现在调用者必须将spi_handle* 传递给驱动程序中的其他函数。这不仅对 OO 设计很方便，而且还可以使用多个实例运行相同的代码。例如，如果您在 MCU 上有 2 个不同的 SPI 硬件外设并希望以不同的方式使用它们，但使用相同的驱动程序代码。

Answer 2

执行此操作的典型方法是使用 hal/spi.h 中的预处理器：

#if defined(HAL_LINUX)
typedef uint32_t spi_port_t; /* int in linux */
#elif defined(HAL_MCU)
typedef struct {
    /* your struct in bare metal app */
} spi_port_t;
#else
#error "Platform not defined!"
#endif

您还可以将不同的类型放入不同的标头中，例如 hal/spi_linux.h 和 hal/spi_mcu.h，并有条件地将其中一个包含在 hal/spi.h 中。

或者，您可以只获取指针并将它们转换为它们的实际类型。这会不太安全，因为您必须在运行时检查平台并决定指针背后的类型，但这个决定取决于许多其他因素。