嵌入式编程与裸机开发

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敲逗嘛呆 2024-07-15 14:53:31 ©著作权

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在嵌入式系统的世界里，C++ 是一种强大且灵活的编程语言，尤其在需要高性能和低层硬件控制的应用场景中大放异彩。裸机开发，即不依赖于任何操作系统直接与硬件交互的编程方式，是嵌入式开发中的一个重要分支。本文将深入浅出地探讨C++在嵌入式编程与裸机开发中的应用，包括常见问题、易错点以及如何避免这些问题。

1. 内存管理

在裸机开发中，内存管理至关重要，因为资源有限。C++提供了多种内存管理工具，如new和delete，但在嵌入式环境中，更推荐使用静态分配或手动管理堆栈，以避免运行时错误。

易错点：动态内存分配不当可能导致内存泄漏或碎片化。

避免方法：

使用static关键字进行静态分配。
手动管理内存，如使用链表来跟踪已分配的内存块。

代码示例：

// 静态分配数组
static int myArray[10];

// 手动管理内存
struct MemoryBlock {
    void* data;
    MemoryBlock* next;
};

MemoryBlock* memoryList = nullptr;

void* allocateMemory(size_t size) {
    MemoryBlock* block = (MemoryBlock*)malloc(sizeof(MemoryBlock) + size);
    block->data = (char*)block + sizeof(MemoryBlock);
    block->next = memoryList;
    memoryList = block;
    return block->data;
}

void freeMemory(void* data) {
    MemoryBlock* current = memoryList;
    while (current != nullptr) {
        if ((char*)current + sizeof(MemoryBlock) == data) {
            MemoryBlock* toFree = current;
            current = current->next;
            memoryList = current;
            free(toFree);
            return;
        }
        current = current->next;
    }
}

2. 中断处理

嵌入式系统经常需要处理外部事件，这通常通过中断服务例程(ISR)实现。C++的函数指针和模板可以简化ISR的定义和管理。

易错点：ISR中不应执行耗时操作，否则可能影响系统的响应时间。

避免方法：

将复杂逻辑从ISR中移除，仅在ISR中设置标志位。
使用任务或线程在主循环中处理这些标志位。

代码示例：

volatile bool buttonPressed = false;

void handleButtonInterrupt() {
    buttonPressed = true;
}

int main() {
    // 初始化中断
    attachInterrupt(buttonPressed, handleButtonInterrupt);

    while (true) {
        if (buttonPressed) {
            buttonPressed = false;
            // 处理按钮按下事件
        }
    }
}