函数指针数组：优雅的嵌入式初始化方案-优快云博客

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本文介绍了一种STM32微控制器的硬件初始化方法，通过定义一个函数指针数组init_sequence来实现对不同硬件模块如定时器、USART、LED等的初始化。在board_init_f函数中，使用for循环遍历该数组，调用每个初始化函数，并进行错误处理。

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函数指针数组：优雅的嵌入式初始化方案

文章目录

函数指针数组：优雅的嵌入式初始化方案

一、设计背景

在嵌入式系统开发中，硬件初始化往往涉及多个外设和模块。传统的顺序调用方式不仅代码冗长，而且难以维护和扩展。本文介绍一种基于函数指针数组的优雅初始化方案。

二、核心思想

2.1 函数指针抽象

将所有初始化函数抽象为统一的函数类型：

typedef int (*init_fnc_t)(void);  // 初始化函数原型

2.2 集中式管理

通过函数指针数组统一管理初始化序列：

init_fnc_t init_sequence[] = { 
    stm32_hw_timer_init,    // 定时器初始化
    stm32_hw_usart_init,    // 串口初始化
    stm32_hw_led_init,      // LED初始化
    NULL                    // 序列结束标志
};

2.3 统一执行框架

void board_init_f(void)
{
    init_fnc_t *init_fnc_ptr;
    
    for (init_fnc_ptr = init_sequence; *init_fnc_ptr; ++init_fnc_ptr) {
        if ((*init_fnc_ptr)() != 0) {
            _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
        }
    }
}

三、高级特性

3.1 分层初始化架构

// 系统层初始化序列
static init_fnc_t sys_init_sequence[] = {
    clock_init,      // 时钟初始化
    power_init,      // 电源管理初始化
    NULL
};

// 外设层初始化序列
static init_fnc_t periph_init_sequence[] = {
    gpio_init,       // GPIO初始化
    dma_init,        // DMA初始化
    NULL
};

// 驱动层初始化序列
static init_fnc_t driver_init_sequence[] = {
    uart_driver_init,  // 串口驱动初始化
    spi_driver_init,   // SPI驱动初始化
    NULL
};

3.2 初始化项配置结构

typedef struct {
    init_fnc_t func;        // 初始化函数
    const char* name;       // 初始化项名称
    uint32_t timeout_ms;    // 超时时间
    uint8_t retry_count;    // 重试次数
    bool mandatory;         // 是否必需
} init_item_t;

static const init_item_t init_table[] = {
    {clock_init,     "CLOCK", 100, 3, true},
    {uart_init,      "UART",  200, 2, true},
    {spi_init,       "SPI",   150, 1, false},
    {NULL,           NULL,    0,   0, false}
};

四、实现细节

4.1 错误处理机制

typedef enum {
    INIT_OK = 0,
    INIT_ERR_TIMEOUT = -1,
    INIT_ERR_HARDWARE = -2,
    INIT_ERR_PARAMETER = -3
} init_status_t;

static init_status_t execute_init_sequence(const init_item_t* seq)
{
    const init_item_t* item;
    
    for (item = seq; item->func != NULL; item++) {
        uint8_t retry = item->retry_count;
        
        do {
            init_status_t status = item->func();
            if (status == INIT_OK) {
                break;
            }
            
            if (--retry == 0 && item->mandatory) {
                return status;
            }
            
            delay_ms(10);  // 重试延时
        } while (retry > 0);
    }
    
    return INIT_OK;
}

4.2 依赖管理

typedef struct {
    init_fnc_t func;
    uint32_t depends_on;    // 依赖项位图
} init_node_t;

#define DEP_CLOCK   (1 << 0)
#define DEP_GPIO    (1 << 1)
#define DEP_DMA     (1 << 2)

static const init_node_t init_graph[] = {
    {clock_init, 0},                    // 无依赖
    {gpio_init,  DEP_CLOCK},           // 依赖时钟
    {dma_init,   DEP_CLOCK},           // 依赖时钟
    {uart_init,  DEP_CLOCK | DEP_GPIO}, // 依赖时钟和GPIO
    {NULL,       0}
};

五、应用示例

5.1 完整初始化流程

void system_init(void)
{
    // 执行系统层初始化
    init_status_t status = execute_init_sequence(sys_init_table);
    if (status != INIT_OK) {
        handle_sys_init_error(status);
        return;
    }
    
    // 执行外设层初始化
    status = execute_init_sequence(periph_init_table);
    if (status != INIT_OK) {
        handle_periph_init_error(status);
        return;
    }
    
    // 执行驱动层初始化
    status = execute_init_sequence(driver_init_table);
    if (status != INIT_OK) {
        handle_driver_init_error(status);
        return;
    }
    
    // 系统初始化完成
    system_ready();
}

5.2 初始化状态监控

typedef struct {
    uint32_t start_time;    // 开始时间
    uint32_t end_time;      // 结束时间
    init_status_t status;   // 执行状态
    uint8_t retry_count;    // 实际重试次数
} init_stats_t;

static init_stats_t init_statistics[32];  // 统计数组