前言
说起来C语言是我的编程入门语言，但是自从工作后我就慢慢的开始从C开始转到C++，很少使用到C，而在最近半年由于工作的需要，C++也写得少了，Python成为了我的主要使用语言。伴随着这些新语言的使用，它们优秀语言特性和程序设计模式让我受益匪浅，因此现在当我再一次回到纯C开发时，我也希望能够借用上一些设计方法和思路，让C写出来的代码模块的独立性更好，通用性更强。
目标
软件需要实现的目标很简单，功能就是接受外部通信发过来的数据包，将数据包解析为已经定义好的指令，然后按照指令协议控制硬件完成指定的操作，软件工作在一个运行着Linux操作系统的嵌入式设备上。
由于软件是运行在嵌入式设备中（不过硬件性能不错），需要和专用的硬件模块进行交互且不需要界面，又是在Linux平台之上的，同时也希望尽可能的保持高效，所以我首先想到的语言是C了。为什么不用C++？也许是惯性吧，感觉在Linux平台之上写不需要UI的底层应用用C++会比较奇怪。
设计方案
分析设计需求，其实当前软件需要需要完成的功能是非常简单的。我将整个软件划分4个模块：
- 通信数据接收模块
- 指令解析模块
- 指令调度
- 硬件操作模块
以下为上面四个模块做详细的解释。
1. 通信数据接收模块
这部分的主要作用打通过外界与本机的物理通信链路，接收外部传来的数据，这部分相对独立，不管是本机与外部通信是使用哪种方式，它的都只要将传递的有效的数据信息部分传递给命令解析模块即可。
但是我们唯一需要限定的是，不管使用什么样的通信方式，不管使用怎样的协议传输数据，需要保证有效数据的数据格式一致。
2. 指令解析模块
由于数据接收模块可以提供一致的数据，所以指令解析模块就只需要参照这种固定的格式，将数据流变成结构化的数据，存放在相应的结构体中。
3. 指令调度模块
这相当于一个流程控制的模块，接收解析出的指令作为输入，对应按照指定的调度规范，调整指令执行的流程、顺序、或参数等操作，让后调用硬件操作模块来执行指令。
4. 硬件操作模块
硬件操作模块主要的作用的作用就是，对外提供实现对硬件设备控制的接口。从功能上来看，它的独立性是更强的。对于较低的层次接口来说，只需要提供通用硬件寄存器的读写操作，对于较高层次的接口来说，可以各个硬件单项功能的寄存器操作步骤集合做封装。
指令的结构设计
虽然说在设计各个模块尽可能相互独立，但是有些因素基本上对所有模块都有影响，这些因素我们应该尽量确定细节，以由于这些因素的改变对整个程序的影响。在这个工程中指令功能规范设计就是其中之一，所以我们在编写所有模块之前，首先就需要确定功能规范，围绕着此规范在去写各个模块中的逻辑实现。
为此我构造了一个专门处理指令规范的结构体，这个结构体是全局的，它为所有模块共用。它由以下几个部分组成：
- 指令ID(int)
- 指令名称(char *)
- 指令参数解析函数(函数指针)
- 指令执行函数(函数指针)
以下对结构中的每个部分进行说明：
1. 指令ID
指令都都是唯一的，我们使用ID标示这个指令，数值类型为整形。为了方便标示，我们用一个枚举型变量来代替宏来定义每个指令的ID值，利用枚举型变量内部元素常量特性，同时默认定义时，后一个定义的元素值为前一个元素值加1的特点，保证每一个指令ID值唯一，另外在所有指令定义完成后，在最后增加一个枚举元素来记录总的指令数量。
在当前的设计中，一旦结构体初始化，其指令ID期望是固定的，所以可以将其设置为const属性。
2. 指令名称
指令名称用来存储一个字符串，数据类型是一个字符串指针，虽然这并不是必须的，但是字符串的描叙对指令是个很好的说明。同样当ID确定时，名称也不应该改变，所以需要将其设置为const属性。
3. 指令参数解析函数
不同的指令所需要的参数可能不一样，有些指令设置可以不需要参数，所以将将当前指令的解析函数用函数指针保存起来，好处是：1. 不同指令直接对应各自独立的解析方法，不需混在一起要很多个if判断 2. 即使解析方法发生了变化，只要将函数指针重新设置为新的解析函数即可。不过，一般情况下相同指令的解析函数不会动态变化。
4. 指令执行函数
指令执行函数是只将指令规定的功能，通过硬件操作模块的接口，对硬件进行配置，让其完成对应工作。和指令前面类似，这里保存的也是一个函数指针。
指令数据的结构设计
前面所提到的指令解析函数，它的输入是无格式的数据流，它的输出是有意义的结构化的数据。于是，那我们就必须先完成这个数据的结构的设计。
设计思路有两种：1. 对每个不同的指令设计一个存放数据的结构体，2. 综合所有指令所带的数据，统一记录在一个结构体中。考虑到在后面指令调度模块可能会需要缓冲指令和数据，所以这样来看第二方法更加简单合适。
指令数据的结构设计如下：
- 执行序号(int)
- 指令ID(int)
- 所有指令的数据元素(void *)
- 其他数据
以下一一说明：
1. 执行序号
序号标示，当前指令在整个控制系统中的唯一编号，序号由外部控制中心产生，通过通信传递过来。
执行序号在反馈应答的应用中有很重要的作用，由于有缓存的存在，当前执行的指令可能路后于是很早前的控制中心发送过来的指令，当指令接收和指令完成后，都发送应答给控制中心，那通过执行序号就可以很好的区分它们。
2. 指令ID
与指令结构体中的指令ID一样
3. 所有指令的数据元素
由于我们采用了，用一个结构记录所有指令的数据，那么之一部分实际上是包含了一系列数据元素的。这样做是我们在缓存指令和数据后，回溯缓存的指令和数据时更方便。
4. 其他数据
其他数据是为那些可能需要传输大量数据的指令而设计的，一般不需要。