表驅(qū)動(dòng)法在串行通訊協(xié)議解析中的應(yīng)用
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開關(guān)電源仿真與實(shí)用設(shè)計(jì)
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在《單片機(jī)高級(jí)裸編程思想》和《代碼大全2》中，均提到了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序的編程思想，認(rèn)為數(shù)據(jù)是宇宙的語言。雖然我們可以通過代碼邏輯實(shí)現(xiàn)任務(wù)需求，但容易出現(xiàn)代碼分支眾多，程序難以理解和維護(hù)的困境，但如果我們選擇了正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行有條理的整理，并秉持?jǐn)?shù)據(jù)是易變的而邏輯是穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)，將數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)分離，算法則不言自明。數(shù)據(jù)比程序更易駕馭。盡可能把設(shè)計(jì)的復(fù)雜度從代碼轉(zhuǎn)移至數(shù)據(jù)是個(gè)好的實(shí)踐方式。
所謂表驅(qū)動(dòng)法，也稱C語言映射表（有點(diǎn)函數(shù)中X和Y的取值映射的味道），簡(jiǎn)而言之就是通過查表的方式得到數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。此處“表”通常的表現(xiàn)形式是數(shù)組，也認(rèn)為是數(shù)據(jù)庫的一種實(shí)現(xiàn)方式。
查表的理念在NTC熱敏電阻的測(cè)溫和CRC校驗(yàn)算法中可見一斑。NTC熱敏電阻通常原廠會(huì)給出一張溫度-阻值對(duì)應(yīng)表，程序的一般實(shí)現(xiàn)方式：ADC測(cè)量電壓àNTC電阻à查表獲取溫度值。CRC校驗(yàn)算法通常不會(huì)每次采用對(duì)數(shù)據(jù)采用逐位異或，反復(fù)迭代計(jì)算CRC，而是采用查表計(jì)算得到CRC的方式求解CRC值（當(dāng)然這里涉及到的空間換時(shí)間的理念就不展開了）。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如下。
考試根據(jù)考分計(jì)算成績(jī)等級(jí)。低于60，計(jì)等級(jí)E；60~70，計(jì)等級(jí)D；70~80，計(jì)等級(jí)C；80~90，計(jì)等級(jí)B；90~100，計(jì)等級(jí)A。一般思路關(guān)鍵代碼可實(shí)現(xiàn)如下。
很顯然，按照上述的編程思路，如果分?jǐn)?shù)段劃分得足夠細(xì)，增加更多的分?jǐn)?shù)等級(jí)，每增加一個(gè)等級(jí)，就要增加一個(gè)流程分支。但查表的思路，則代碼邏輯簡(jiǎn)潔，關(guān)鍵代碼如下。
很顯然，上述代碼整體觀感上簡(jiǎn)潔很多。同樣的問題，如果細(xì)分更多等級(jí)，僅僅只需要修改score_map這個(gè)數(shù)組本身和數(shù)組長(zhǎng)度。相比較而言，第二種查表方法，只需要修改數(shù)據(jù)，不需要對(duì)算法的邏輯進(jìn)行增刪操作，當(dāng)然上述偽代碼的數(shù)組長(zhǎng)度是需要宏定義的。顯然上述的思路優(yōu)勢(shì)很明顯：1.可讀性更強(qiáng)，消息流程處理一目了然；2.易于維護(hù)，如果要增加新的等級(jí)，只需要修改數(shù)據(jù)，不需要修改流程；3.良好的重用性，將相同的邏輯提取出來，而把容易發(fā)生改變的部分提取到外部。
查表的方式分為直接查找、索引查找和二分查找等。直接查找即通過數(shù)組下標(biāo)直接獲取數(shù)據(jù)，可以看出這種方式就是哈希表的直接訪問法。很顯然，表驅(qū)動(dòng)法是適用于無需有序遍歷數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)量大小可提前預(yù)知的情況。索引查找的基本思想是：首先查找索引表，可用二分查找或順序查找，然后在確定的塊中進(jìn)行順序查找。二分查找則是通過確定數(shù)據(jù)所處的范圍確定分類，但是需要注意邊界，將每一分段范圍的上限值都考慮在內(nèi)。
表驅(qū)動(dòng)在CAN通訊協(xié)議中的應(yīng)用
背景：CAN總線上掛載若干設(shè)備，其中一個(gè)設(shè)備人為指定為主控，其余設(shè)備人為指定為從控。制定如下通訊協(xié)議：在其擴(kuò)展幀ID中約定了一些位，定義了地址、功能碼、指令碼等功能。那么如何解析主機(jī)可能收到的數(shù)據(jù)幀呢？常規(guī)思路可能有如下偽代碼。
從上述代碼中可以看到，對(duì)于這種需求，隨著總線上掛載設(shè)備的增多，核心解碼函數(shù)需要不斷增加case分支。以上代碼缺點(diǎn)很多：1.可讀性不高，解析一條CAN指令的處理部分代碼需要跳轉(zhuǎn)3層代碼，隨著分支的增加也給閱讀帶來一定的障礙；2.過多的swicth分支，其實(shí)這也是一種重復(fù)代碼，都有共同特性，可以進(jìn)一步提煉；3.程序缺少核心主干，主干被淹沒在大量的代碼邏輯之中。針對(duì)以上問題，用表驅(qū)動(dòng)法來實(shí)現(xiàn)如下。
根據(jù)上述功能要求，定義3個(gè)枚舉類型：
設(shè)備地址、功能類型和指令類型等，定義如下函數(shù)跳轉(zhuǎn)列表（偽代碼）。
這種方法好處很明顯：1.提高了程序的可讀性，消息如何處理，查閱驅(qū)動(dòng)表即可，非常明顯；2.減少了重復(fù)代碼，將switch分支進(jìn)行了抽象，將公共的要素進(jìn)行抽象形成了一個(gè)函數(shù)外加一個(gè)可擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)表；3.可擴(kuò)展性，驅(qū)動(dòng)表中的函數(shù)指針就是一個(gè)接口，當(dāng)需要更改功能時(shí)，只需要對(duì)驅(qū)動(dòng)表進(jìn)行增刪處理，隔離了變化；4.程序擁有了明顯的主干；5.降低了程序復(fù)雜度，將程序邏輯的復(fù)雜度轉(zhuǎn)移到了數(shù)據(jù)中來，達(dá)到控制復(fù)雜度的目的。
表驅(qū)動(dòng)在ASCII串口通訊協(xié)議中的應(yīng)用
背景：在某一些通信協(xié)議中，可能存在使用純ASCII作為通信協(xié)議的情形。比如MODBUS ASCII以‘:’開始，以O(shè)D和OA作為結(jié)束符；常用語DTU或者NB-IOT模塊中的AT指令集以“AT+xxx”作為指令等都是較為常見的ASCII指令。這里以若干條指令作為例子，簡(jiǎn)述如下。解析如下指令：信號(hào)強(qiáng)度指令CSQ:17,0; IP地址讀取指令STAIP:192.168.0.1;開機(jī)指令SON，以上指令均以0D和0A作為結(jié)束符。按照常規(guī)的思路代碼如下。
以上指令借用常規(guī)的MODBUS ASCII協(xié)議，為了簡(jiǎn)便取消以‘:’開頭，很顯然實(shí)際項(xiàng)目中消息還會(huì)不斷增加。此處只列舉了3條指令作為示意，單屏已無法查看全部代碼，閱讀起來十分不便。再者，如果不斷增加消息類型，幾乎很難閱讀這段“意大利面條代碼”了。
那么按照數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)編程的思路（表驅(qū)動(dòng)法），可以改造成如下代碼。
顯然這樣的表現(xiàn)形式是比較容易閱讀和維護(hù)的。上述2個(gè)例子利用表驅(qū)法在一般的思路上進(jìn)行優(yōu)化，使程序邏輯更清晰?？偨Y(jié)一下，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)編程背后的實(shí)現(xiàn)思想包括：
- 1. 控制復(fù)雜度，通過把程序邏輯的復(fù)雜度轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)中，達(dá)到了控制復(fù)雜度的目的。
- 2. 隔離變化，把容易變化的消息和不容易變化的邏輯進(jìn)行隔離。
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3. 機(jī)制和策略的分離，機(jī)制就是消息的處理邏輯，策略就是不同的消息處理。這一點(diǎn)可以參考《Unix編程藝術(shù)》的第一章，對(duì)此做了探討。
當(dāng)然，表驅(qū)法的應(yīng)用還可在GUI菜單邏輯交互、傳感器驅(qū)動(dòng)流程、設(shè)備參數(shù)設(shè)置和修改（多國(guó)語言實(shí)現(xiàn)）等等得到應(yīng)用。最后，由于本人太懶（當(dāng)然水平也有限），可能偽代碼邏輯不夠嚴(yán)謹(jǐn)，代碼主用于表述表驅(qū)法的實(shí)現(xiàn)思想。下一期內(nèi)容：淺述DES和AES加密。
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