简介：测试已成功

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将基于您提供的嵌入式产品图片，并结合完整的嵌入式系统开发流程，为您详细阐述最适合的代码设计架构，并提供相应的C代码示例。由于篇幅限制，我将尽力在3000行代码的框架内，展示一个结构清晰、可扩展、可维护的嵌入式系统软件架构，并突出实践验证的技术和方法。
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项目背景理解

从您提供的图片来看，这很可能是一个功率电子相关的嵌入式产品，例如逆变器、变换器、电机驱动器等。图片中的元件（电感、电容、功率器件等）都指向这个方向。 为了具体化我们的讨论，我们假设这个项目是一个三相逆变器，用于将直流电转换为三相交流电，例如用于驱动电机或连接到电网。

系统需求分析

一个典型的三相逆变器嵌入式系统，其需求可能包括：

1. 电压/电流控制: 精确控制输出电压和电流的波形、频率和幅值。
2. PWM生成: 生成高质量的PWM信号，用于驱动功率器件。
3. 保护功能: 过流保护、过压保护、过温保护、短路保护等。
4. 状态监控: 实时监控系统电压、电流、温度等关键参数。
5. 通信接口: 可能需要CAN总线、RS485、以太网等通信接口，用于上位机监控或远程控制。
6. 参数配置: 允许用户配置系统参数，例如PWM频率、控制参数、保护阈值等。
7. 故障诊断: 具备一定的故障诊断能力，能够检测并报告系统故障。
8. 高效性: 系统需要高效运行，减少能量损耗。
9. 可靠性: 系统需要稳定可靠运行，保证长时间无故障。
10. 可扩展性: 系统架构应易于扩展，方便添加新功能或支持不同的硬件平台。

代码设计架构：分层模块化架构

为了满足上述需求，并构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台，我推荐采用分层模块化架构。这种架构将系统软件划分为多个层次和模块，每个层次和模块负责特定的功能，层与层之间、模块与模块之间通过清晰的接口进行通信。

架构层次划分：

1. 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer):

   • 目的: 隔离硬件差异，提供统一的硬件访问接口，使上层应用代码独立于具体的硬件平台。
   • 功能: 封装MCU的底层驱动，例如GPIO、ADC、DAC、PWM、定时器、UART、SPI、I2C、CAN等外设的驱动函数。
   • 优势: 提高代码的可移植性，方便更换MCU平台，降低代码维护成本。

2. 设备驱动层 (Device Driver Layer):

   • 目的: 基于HAL层，实现特定设备的驱动逻辑，例如传感器驱动、通信接口驱动、显示屏驱动等。
   • 功能: 提供更高级别的设备操作接口，例如读取传感器数据、发送通信数据、显示文字图像等。
   • 优势: 进一步抽象硬件操作，使应用层代码更加简洁易懂。

3. 核心服务层 (Core Service Layer):

   • 目的: 提供系统核心服务，例如任务调度、内存管理、中断管理、时间管理、错误处理、看门狗、电源管理等。
   • 功能: 为上层应用提供基础支撑，保证系统的稳定性和可靠性。
   • 优势: 提高代码的复用性，减少重复开发，提升系统效率。

4. 应用逻辑层 (Application Logic Layer):

   • 目的: 实现系统的具体应用功能，例如逆变器控制算法、保护逻辑、通信协议处理、用户界面等。
   • 功能: 根据系统需求，实现各种业务逻辑，是系统的核心部分。
   • 优势: 专注于业务逻辑实现，代码结构清晰，易于开发和维护。

模块化设计：

在每个层次内部，还可以进一步进行模块化设计，将功能相近的代码组织在一起，形成独立的模块。例如，在应用逻辑层，可以划分出以下模块：

• PWM模块: 负责PWM信号的生成和控制。
• ADC模块: 负责ADC采样和数据处理。
• 控制模块: 实现逆变器的控制算法，例如SVPWM、FOC等。
• 保护模块: 实现各种保护功能，例如过流保护、过压保护等。
• 通信模块: 负责通信协议的处理，例如CAN、RS485等。
• 参数配置模块: 负责系统参数的配置和管理。
• 故障诊断模块: 负责故障检测和诊断。
• 监控模块: 负责系统状态的实时监控。

代码实现 (C语言，部分示例，总代码框架会超过3000行):

为了演示分层模块化架构，并提供具体的C代码示例，我将逐步构建一个简化的三相逆变器控制系统。 由于3000行代码的限制，以下代码仅为框架和核心功能的示例，实际项目中需要根据具体需求进行扩展和完善。

1. 硬件抽象层 (HAL - hal.h 和 hal.c)

• hal.h (HAL层头文件，定义接口)

#ifndef HAL_H
#define HAL_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>

// GPIO 相关函数
typedef enum {
    GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_3,
    GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_7,
    GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_9, GPIO_PIN_10, GPIO_PIN_11,
    GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_15,
    // ... more pins if needed
    GPIO_PIN_MAX
} GPIO_PinTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
    GPIO_MODE_AF_PP, // Alternate Function Push-Pull
    GPIO_MODE_AF_OD  // Alternate Function Open-Drain
} GPIO_ModeTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_SPEED_LOW,
    GPIO_SPEED_MEDIUM,
    GPIO_SPEED_HIGH,
    GPIO_SPEED_VERY_HIGH
} GPIO_SpeedTypeDef;

typedef enum {
    GPIO_PULL_NONE,
    GPIO_PULLUP,
    GPIO_PULLDOWN
} GPIO_PullTypeDef;

void HAL_GPIO_Init(GPIO_PinTypeDef pin, GPIO_ModeTypeDef mode, GPIO_SpeedTypeDef speed, GPIO_PullTypeDef pull);
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PinTypeDef pin, bool pinState); // true for HIGH, false for LOW
bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PinTypeDef pin);

// PWM 相关函数
typedef enum {
    PWM_CHANNEL_1,
    PWM_CHANNEL_2,
    PWM_CHANNEL_3,
    // ... more channels if needed
    PWM_CHANNEL_MAX
} PWM_ChannelTypeDef;

typedef struct {
    uint32_t Period;        // PWM周期
    uint32_t Pulse;         // PWM占空比
    uint32_t Prescaler;     // 预分频器
} PWM_InitTypeDef;

void HAL_PWM_Init(PWM_ChannelTypeDef channel, PWM_InitTypeDef *init);
void HAL_PWM_SetPulse(PWM_ChannelTypeDef channel, uint32_t pulse);
void HAL_PWM_Start(PWM_ChannelTypeDef channel);
void HAL_PWM_Stop(PWM_ChannelTypeDef channel);

// ADC 相关函数
typedef enum {
    ADC_CHANNEL_0,
    ADC_CHANNEL_1,
    ADC_CHANNEL_2,
    // ... more channels if needed
    ADC_CHANNEL_MAX
} ADC_ChannelTypeDef;

void HAL_ADC_Init(ADC_ChannelTypeDef channel);
uint16_t HAL_ADC_GetValue(ADC_ChannelTypeDef channel); // 返回12位ADC值 (假设)

// UART 相关函数
typedef enum {
    UART_PORT_1,
    UART_PORT_2,
    // ... more ports if needed
    UART_PORT_MAX
} UART_PortTypeDef;

typedef struct {
    uint32_t BaudRate;
    uint32_t WordLength;    // 数据位长度
    uint32_t StopBits;      // 停止位
    uint32_t Parity;        // 奇偶校验
} UART_InitTypeDef;

void HAL_UART_Init(UART_PortTypeDef port, UART_InitTypeDef *init);
void HAL_UART_Transmit(UART_PortTypeDef port, uint8_t *data, uint32_t size);
void HAL_UART_Receive(UART_PortTypeDef port, uint8_t *data, uint32_t size);

// 延时函数 (可以使用定时器实现更精确的延时)
void HAL_Delay_ms(uint32_t milliseconds);
void HAL_Delay_us(uint32_t microseconds);

#endif // HAL_H

• hal.c (HAL层实现文件，平台相关代码)

#include "hal.h"
// 假设使用 STM32 微控制器 (示例，需要根据实际MCU修改)
#include "stm32f4xx.h" // 替换为你的 MCU 头文件

// GPIO 实现
void HAL_GPIO_Init(GPIO_PinTypeDef pin, GPIO_ModeTypeDef mode, GPIO_SpeedTypeDef speed, GPIO_PullTypeDef pull) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_TypeDef *GPIOx;
    uint16_t GPIO_Pin;

    // ... (代码根据 pin 确定 GPIOx 和 GPIO_Pin，例如 GPIOA, GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1 等) ...
    // 示例：假设 GPIO_PIN_0-GPIO_PIN_7 属于 GPIOA, GPIO_PIN_8-GPIO_PIN_15 属于 GPIOB
    if (pin < GPIO_PIN_8) {
        GPIOx = GPIOA;
        GPIO_Pin = (1 << pin);
        if (!RCC_GPIOA_CLK_ENABLED) { // 假设 RCC_GPIOA_CLK_ENABLED 是时钟使能标志
            RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); // 使能 GPIOA 时钟
        }
    } else {
        GPIOx = GPIOB;
        GPIO_Pin = (1 << (pin - GPIO_PIN_8));
        if (!RCC_GPIOB_CLK_ENABLED) {
            RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 使能 GPIOB 时钟
        }
    }

    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_Pin;
    GPIO_InitStruct.Mode = mode;
    GPIO_InitStruct.Speed = speed;
    GPIO_InitStruct.Pull = pull;
    HAL_GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct); // 调用 STM32 HAL 库函数
}

void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_PinTypeDef pin, bool pinState) {
    GPIO_TypeDef *GPIOx;
    uint16_t GPIO_Pin;
    // ... (根据 pin 确定 GPIOx 和 GPIO_Pin，同上) ...
    if (pin < GPIO_PIN_8) {
        GPIOx = GPIOA;
        GPIO_Pin = (1 << pin);
    } else {
        GPIOx = GPIOB;
        GPIO_Pin = (1 << (pin - GPIO_PIN_8));
    }

    HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, pinState ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); // 调用 STM32 HAL 库函数
}

bool HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_PinTypeDef pin) {
    GPIO_TypeDef *GPIOx;
    uint16_t GPIO_Pin;
    // ... (根据 pin 确定 GPIOx 和 GPIO_Pin，同上) ...
     if (pin < GPIO_PIN_8) {
        GPIOx = GPIOA;
        GPIO_Pin = (1 << pin);
    } else {
        GPIOx = GPIOB;
        GPIO_Pin = (1 << (pin - GPIO_PIN_8));
    }
    return (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_SET); // 调用 STM32 HAL 库函数
}

// PWM 实现 (简化示例，实际 PWM 初始化和控制会更复杂)
void HAL_PWM_Init(PWM_ChannelTypeDef channel, PWM_InitTypeDef *init) {
    // ... (根据 channel 选择 TIMx 和 PWM 通道，配置时钟、预分频器、周期、占空比等) ...
    // ... (示例代码，需要根据具体 MCU 的 TIM 外设配置) ...
    // 使能 TIMx 时钟
    // 配置 TIMx 预分频器、周期
    // 配置 PWM 通道输出模式、极性
    // 配置初始占空比
    // 使能 TIMx 输出比较通道
    // 使能 TIMx 主输出
    // 启动 TIMx
}

void HAL_PWM_SetPulse(PWM_ChannelTypeDef channel, uint32_t pulse) {
    // ... (根据 channel 选择 TIMx 和 PWM 通道，设置占空比) ...
    // ... (示例代码，需要根据具体 MCU 的 TIM 外设寄存器操作) ...
    // 修改 TIMx CCRx 寄存器设置占空比
}

void HAL_PWM_Start(PWM_ChannelTypeDef channel) {
    // ... (根据 channel 选择 TIMx 和 PWM 通道，启动 PWM 输出) ...
    // ... (示例代码) ...
    // 启动 TIMx 输出比较通道
}

void HAL_PWM_Stop(PWM_ChannelTypeDef channel) {
    // ... (根据 channel 选择 TIMx 和 PWM 通道，停止 PWM 输出) ...
    // ... (示例代码) ...
    // 禁用 TIMx 输出比较通道
}

// ADC 实现 (简化示例)
void HAL_ADC_Init(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    // ... (根据 channel 选择 ADCx 和 ADC 通道，配置时钟、分辨率、采样时间等) ...
    // ... (示例代码) ...
    // 使能 ADCx 时钟
    // 配置 ADCx 分辨率、采样时间
    // 配置 ADCx 通道
    // 使能 ADCx
}

uint16_t HAL_ADC_GetValue(ADC_ChannelTypeDef channel) {
    // ... (根据 channel 选择 ADCx 和 ADC 通道，启动 ADC 转换，读取 ADC 值) ...
    // ... (示例代码) ...
    // 启动 ADC 转换
    // 等待转换完成
    // 读取 ADC 数据寄存器
    return 0; // 返回读取的 ADC 值 (实际需要读取寄存器值)
}

// UART 实现 (简化示例)
void HAL_UART_Init(UART_PortTypeDef port, UART_InitTypeDef *init) {
    // ... (根据 port 选择 UARTx，配置波特率、数据位、停止位、校验位等) ...
    // ... (示例代码) ...
    // 使能 UARTx 时钟
    // 配置 UARTx 波特率、数据位、停止位、校验位
    // 使能 UARTx 发送和接收
}

void HAL_UART_Transmit(UART_PortTypeDef port, uint8_t *data, uint32_t size) {
    // ... (根据 port 选择 UARTx，发送数据) ...
    // ... (示例代码) ...
    for (uint32_t i = 0; i < size; i++) {
        // 等待发送缓冲区空
        // 发送数据 data[i]
    }
}

void HAL_UART_Receive(UART_PortTypeDef port, uint8_t *data, uint32_t size) {
    // ... (根据 port 选择 UARTx，接收数据) ...
    // ... (示例代码) ...
    for (uint32_t i = 0; i < size; i++) {
        // 等待接收到数据
        // 读取接收缓冲区数据到 data[i]
    }
}

// 延时函数 (简单粗略的延时，实际应用中建议使用定时器实现更精确的延时)
void HAL_Delay_ms(uint32_t milliseconds) {
    for (uint32_t i = 0; i < milliseconds; i++) {
        HAL_Delay_us(1000); // 1ms = 1000us
    }
}

void HAL_Delay_us(uint32_t microseconds) {
    volatile uint32_t delay_count = microseconds * (SystemCoreClock / 1000000) / 3; // 粗略延时计算，需要根据实际时钟频率调整
    while (delay_count--);
}

2. 设备驱动层 (Device Driver Layer，示例：adc_driver.h 和 adc_driver.c)

• adc_driver.h (ADC 驱动层头文件，定义接口)

#ifndef ADC_DRIVER_H
#define ADC_DRIVER_H

#include <stdint.h>

typedef enum {
    ADC_CHANNEL_VOLTAGE_BUS, // 母线电压
    ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_A, // A 相电流
    ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_B, // B 相电流
    ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_C, // C 相电流
    ADC_CHANNEL_TEMPERATURE_MCU, // MCU 温度
    // ... more ADC channels for sensors ...
    ADC_CHANNEL_MAX_DRIVER
} ADC_ChannelDriverTypeDef;

void ADC_Driver_Init(ADC_ChannelDriverTypeDef channel);
uint16_t ADC_Driver_ReadRawValue(ADC_ChannelDriverTypeDef channel); // 读取原始 ADC 值
float ADC_Driver_GetValue(ADC_ChannelDriverTypeDef channel); // 获取物理量值 (例如电压、电流、温度)

#endif // ADC_DRIVER_H

• adc_driver.c (ADC 驱动层实现文件)

#include "adc_driver.h"
#include "hal.h"

// ADC 通道和 HAL 层 ADC 通道的映射关系
static const ADC_ChannelTypeDef adc_hal_channel_map[ADC_CHANNEL_MAX_DRIVER] = {
    HAL_ADC_CHANNEL_0, // ADC_CHANNEL_VOLTAGE_BUS
    HAL_ADC_CHANNEL_1, // ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_A
    HAL_ADC_CHANNEL_2, // ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_B
    HAL_ADC_CHANNEL_3, // ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_C
    HAL_ADC_CHANNEL_4, // ADC_CHANNEL_TEMPERATURE_MCU
    // ... more mappings ...
};

// 传感器参数 (例如电压分压比、电流传感器灵敏度、温度传感器系数等)
// 这些参数应该从配置文件或外部配置加载，这里为了示例简化硬编码
#define VOLTAGE_BUS_DIV_RATIO    10.0f   // 母线电压分压比 10:1
#define CURRENT_SENSOR_SENSITIVITY 0.1f   // 电流传感器灵敏度 0.1V/A
#define TEMPERATURE_SENSOR_COEFF   0.1f   // 温度传感器系数 (假设 0.1°C/mV)

void ADC_Driver_Init(ADC_ChannelDriverTypeDef channel) {
    HAL_ADC_Init(adc_hal_channel_map[channel]); // 调用 HAL 层 ADC 初始化函数
}

uint16_t ADC_Driver_ReadRawValue(ADC_ChannelDriverTypeDef channel) {
    return HAL_ADC_GetValue(adc_hal_channel_map[channel]); // 调用 HAL 层 ADC 读取函数
}

float ADC_Driver_GetValue(ADC_ChannelDriverTypeDef channel) {
    uint16_t rawValue = ADC_Driver_ReadRawValue(channel);
    float voltage_mv = (float)rawValue * 3300.0f / 4096.0f; // 假设 ADC 参考电压 3.3V，12位ADC
    float physicalValue = 0.0f;

    switch (channel) {
        case ADC_CHANNEL_VOLTAGE_BUS:
            physicalValue = voltage_mv * VOLTAGE_BUS_DIV_RATIO / 1000.0f; // 转换为电压值 (V)
            break;
        case ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_A:
        case ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_B:
        case ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_C:
            physicalValue = (voltage_mv - 1650.0f) / 1000.0f / CURRENT_SENSOR_SENSITIVITY; // 假设电流传感器零点在 1.65V，转换为电流值 (A)
            break;
        case ADC_CHANNEL_TEMPERATURE_MCU:
            physicalValue = voltage_mv * TEMPERATURE_SENSOR_COEFF / 10.0f; // 转换为温度值 (°C)
            break;
        default:
            physicalValue = 0.0f;
            break;
    }
    return physicalValue;
}

3. 核心服务层 (Core Service Layer，示例：task_scheduler.h 和 task_scheduler.c - 简化的任务调度器)

• task_scheduler.h (任务调度器头文件，定义接口)

#ifndef TASK_SCHEDULER_H
#define TASK_SCHEDULER_H

#include <stdint.h>

typedef void (*TaskFunction)(void);

typedef struct {
    TaskFunction taskFunc;
    uint32_t period_ms; // 任务周期 (毫秒)
    uint32_t last_exec_time_ms; // 上次执行时间 (毫秒)
} Task_t;

void TaskScheduler_Init(void);
void TaskScheduler_AddTask(Task_t *task);
void TaskScheduler_RunTasks(void); // 主循环中调用

#endif // TASK_SCHEDULER_H

• task_scheduler.c (任务调度器实现文件 - 简化轮询式调度器)

#include "task_scheduler.h"
#include "hal.h" // 使用 HAL_Delay_ms() 获取时间

#define MAX_TASKS 10 // 最大任务数量

static Task_t tasks[MAX_TASKS];
static uint8_t task_count = 0;
static uint32_t current_time_ms = 0;

void TaskScheduler_Init(void) {
    task_count = 0;
    current_time_ms = 0;
    for (int i = 0; i < MAX_TASKS; i++) {
        tasks[i].taskFunc = NULL; // 初始化任务函数为空
        tasks[i].period_ms = 0;
        tasks[i].last_exec_time_ms = 0;
    }
}

void TaskScheduler_AddTask(Task_t *task) {
    if (task_count < MAX_TASKS) {
        tasks[task_count++] = *task; // 添加任务到任务列表
    }
}

void TaskScheduler_RunTasks(void) {
    current_time_ms = HAL_GetTick_ms(); // 获取当前时间 (需要实现 HAL_GetTick_ms()，可以使用定时器中断或 SysTick)

    for (int i = 0; i < task_count; i++) {
        if (tasks[i].taskFunc != NULL && (current_time_ms - tasks[i].last_exec_time_ms >= tasks[i].period_ms)) {
            tasks[i].taskFunc(); // 执行任务
            tasks[i].last_exec_time_ms = current_time_ms; // 更新上次执行时间
        }
    }
}

// 假设的 HAL_GetTick_ms() 实现 (使用 SysTick，需要在 HAL 层实现)
uint32_t HAL_GetTick_ms(void) {
    // ... (使用 SysTick 计数器或定时器获取系统运行时间，并转换为毫秒) ...
    //  示例：假设 SysTick 每 1ms 中断一次，并维护一个全局计数器 SysTick_Count
    //  static volatile uint32_t SysTick_Count = 0; // 在 SysTick 中断服务函数中 SysTick_Count++;
    //  return SysTick_Count;
    return 0; // 示例，实际需要实现
}

4. 应用逻辑层 (Application Logic Layer，示例：main.c, pwm_module.h, pwm_module.c, control_module.h, control_module.c, monitor_module.h, monitor_module.c)

• main.c (主程序)

#include "hal.h"
#include "task_scheduler.h"
#include "pwm_module.h"
#include "adc_driver.h"
#include "control_module.h"
#include "monitor_module.h"

// 任务定义
Task_t pwm_task;
Task_t adc_task;
Task_t control_task;
Task_t monitor_task;

void PWM_Task_Func(void);
void ADC_Task_Func(void);
void Control_Task_Func(void);
void Monitor_Task_Func(void);

int main(void) {
    // 初始化 HAL 层 (时钟、GPIO、PWM、ADC、UART 等)
    // ... (HAL 初始化代码，例如 SystemClock_Config() 等) ...

    // 初始化 PWM 模块
    PWM_Module_Init();

    // 初始化 ADC 驱动
    ADC_Driver_Init(ADC_CHANNEL_VOLTAGE_BUS);
    ADC_Driver_Init(ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_A);
    ADC_Driver_Init(ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_B);
    ADC_Driver_Init(ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_C);
    ADC_Driver_Init(ADC_CHANNEL_TEMPERATURE_MCU);

    // 初始化控制模块
    Control_Module_Init();

    // 初始化监控模块
    Monitor_Module_Init();

    // 初始化任务调度器
    TaskScheduler_Init();

    // 配置 PWM 任务
    pwm_task.taskFunc = PWM_Task_Func;
    pwm_task.period_ms = 1; // 1ms 周期执行 PWM 更新
    TaskScheduler_AddTask(&pwm_task);

    // 配置 ADC 任务
    adc_task.taskFunc = ADC_Task_Func;
    adc_task.period_ms = 5; // 5ms 周期执行 ADC 采样
    TaskScheduler_AddTask(&adc_task);

    // 配置控制任务
    control_task.taskFunc = Control_Task_Func;
    control_task.period_ms = 2; // 2ms 周期执行控制算法
    TaskScheduler_AddTask(&control_task);

    // 配置监控任务
    monitor_task.taskFunc = Monitor_Task_Func;
    monitor_task.period_ms = 100; // 100ms 周期执行监控
    TaskScheduler_AddTask(&monitor_task);

    // 主循环
    while (1) {
        TaskScheduler_RunTasks(); // 运行任务调度器
        // 可以添加其他后台任务或空闲任务
    }
}

// PWM 任务函数
void PWM_Task_Func(void) {
    PWM_Module_Update(); // 更新 PWM 输出
}

// ADC 任务函数
void ADC_Task_Func(void) {
    // 读取 ADC 值并更新数据
    float busVoltage = ADC_Driver_GetValue(ADC_CHANNEL_VOLTAGE_BUS);
    float phaseACurrent = ADC_Driver_GetValue(ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_A);
    float phaseBCurrent = ADC_Driver_GetValue(ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_B);
    float phaseCCurrent = ADC_Driver_GetValue(ADC_CHANNEL_CURRENT_PHASE_C);
    float mcuTemperature = ADC_Driver_GetValue(ADC_CHANNEL_TEMPERATURE_MCU);

    // 将 ADC 数据传递给控制模块和监控模块
    Control_Module_SetMeasurements(busVoltage, phaseACurrent, phaseBCurrent, phaseCCurrent);
    Monitor_Module_UpdateMeasurements(busVoltage, phaseACurrent, phaseBCurrent, phaseCCurrent, mcuTemperature);
}

// 控制任务函数
void Control_Task_Func(void) {
    Control_Module_Run(); // 执行控制算法，更新 PWM 占空比
}

// 监控任务函数
void Monitor_Task_Func(void) {
    Monitor_Module_Run(); // 执行监控功能，例如数据记录、报警等
}

• pwm_module.h (PWM 模块头文件)

#ifndef PWM_MODULE_H
#define PWM_MODULE_H

#include <stdint.h>

typedef enum {
    PWM_PHASE_U,
    PWM_PHASE_V,
    PWM_PHASE_W,
    PWM_PHASE_MAX_MODULE
} PWM_PhaseTypeDef;

void PWM_Module_Init(void);
void PWM_Module_SetDutyCycle(PWM_PhaseTypeDef phase, float dutyCycle); // 设置 PWM 占空比 (0.0 - 1.0)
void PWM_Module_Update(void); // 更新 PWM 输出，例如根据控制模块计算的占空比
// ... 其他 PWM 相关函数 ...

#endif // PWM_MODULE_H

• pwm_module.c (PWM 模块实现文件)

#include "pwm_module.h"
#include "hal.h"

// PWM 通道和 HAL 层 PWM 通道的映射关系
static const PWM_ChannelTypeDef pwm_hal_channel_map[PWM_PHASE_MAX_MODULE] = {
    HAL_PWM_CHANNEL_1, // PWM_PHASE_U
    HAL_PWM_CHANNEL_2, // PWM_PHASE_V
    HAL_PWM_CHANNEL_3  // PWM_PHASE_W
    // ... more mappings ...
};

// PWM 初始化参数
static PWM_InitTypeDef pwm_init_params = {
    .Period = 1000,        // PWM 周期，例如 1kHz PWM 频率 (假设定时器时钟频率计算后 Period = 1000)
    .Prescaler = 0,       // 预分频器
    .Pulse = 0            // 初始占空比为 0
};

// PWM 占空比 (0 - 1000，对应 0% - 100%)
static uint32_t pwm_duty_cycle[PWM_PHASE_MAX_MODULE] = {0, 0, 0};

void PWM_Module_Init(void) {
    for (int i = 0; i < PWM_PHASE_MAX_MODULE; i++) {
        HAL_PWM_Init(pwm_hal_channel_map[i], &pwm_init_params); // 初始化 HAL 层 PWM
        HAL_PWM_Start(pwm_hal_channel_map[i]); // 启动 PWM 输出
    }
}

void PWM_Module_SetDutyCycle(PWM_PhaseTypeDef phase, float dutyCycle) {
    if (dutyCycle < 0.0f) dutyCycle = 0.0f;
    if (dutyCycle > 1.0f) dutyCycle = 1.0f;

    pwm_duty_cycle[phase] = (uint32_t)(dutyCycle * pwm_init_params.Period); // 计算占空比对应的 Pulse 值
}

void PWM_Module_Update(void) {
    for (int i = 0; i < PWM_PHASE_MAX_MODULE; i++) {
        HAL_PWM_SetPulse(pwm_hal_channel_map[i], pwm_duty_cycle[i]); // 更新 PWM 占空比
    }
}

• control_module.h (控制模块头文件)

#ifndef CONTROL_MODULE_H
#define CONTROL_MODULE_H

#include <stdint.h>

void Control_Module_Init(void);
void Control_Module_Run(void);
void Control_Module_SetMeasurements(float busVoltage, float phaseACurrent, float phaseBCurrent, float phaseCCurrent);
// ... 其他控制相关函数，例如设置目标电压、电流等 ...

#endif // CONTROL_MODULE_H

• control_module.c (控制模块实现文件 - 简化示例，无实际控制算法)

#include "control_module.h"
#include "pwm_module.h"

static float current_measurements[4] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f}; // 母线电压，A相电流，B相电流，C相电流

void Control_Module_Init(void) {
    // 初始化控制参数，例如 PID 参数等
    // ...
}

void Control_Module_SetMeasurements(float busVoltage, float phaseACurrent, float phaseBCurrent, float phaseCCurrent) {
    current_measurements[0] = busVoltage;
    current_measurements[1] = phaseACurrent;
    current_measurements[2] = phaseBCurrent;
    current_measurements[3] = phaseCCurrent;
}

void Control_Module_Run(void) {
    // 读取测量值 (current_measurements)
    float busVoltage = current_measurements[0];
    float phaseACurrent = current_measurements[1];
    float phaseBCurrent = current_measurements[2];
    float phaseCCurrent = current_measurements[3];

    // **这里应该实现具体的控制算法，例如 SVPWM、FOC 等，计算 PWM 占空比**
    // **以下代码仅为示例，直接设置固定的 PWM 占空比**
    PWM_Module_SetDutyCycle(PWM_PHASE_U, 0.5f); // 50% 占空比
    PWM_Module_SetDutyCycle(PWM_PHASE_V, 0.5f);
    PWM_Module_SetDutyCycle(PWM_PHASE_W, 0.5f);

    // ... (实际控制算法代码) ...
}

• monitor_module.h (监控模块头文件)

#ifndef MONITOR_MODULE_H
#define MONITOR_MODULE_H

#include <stdint.h>

void Monitor_Module_Init(void);
void Monitor_Module_Run(void);
void Monitor_Module_UpdateMeasurements(float busVoltage, float phaseACurrent, float phaseBCurrent, float phaseCCurrent, float mcuTemperature);
// ... 其他监控相关函数，例如报警处理、数据记录等 ...

#endif // MONITOR_MODULE_H

• monitor_module.c (监控模块实现文件 - 简化示例，仅打印监控数据)

#include "monitor_module.h"
#include <stdio.h> // 使用 printf 打印监控数据 (实际嵌入式系统可能使用 UART 输出或数据记录)

static float monitored_measurements[5] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f}; // 母线电压，A/B/C相电流，MCU温度

void Monitor_Module_Init(void) {
    // 初始化监控模块，例如报警阈值等
    // ...
}

void Monitor_Module_UpdateMeasurements(float busVoltage, float phaseACurrent, float phaseBCurrent, float phaseCCurrent, float mcuTemperature) {
    monitored_measurements[0] = busVoltage;
    monitored_measurements[1] = phaseACurrent;
    monitored_measurements[2] = phaseBCurrent;
    monitored_measurements[3] = phaseCCurrent;
    monitored_measurements[4] = mcuTemperature;
}

void Monitor_Module_Run(void) {
    // 读取监控数据 (monitored_measurements)
    float busVoltage = monitored_measurements[0];
    float phaseACurrent = monitored_measurements[1];
    float phaseBCurrent = monitored_measurements[2];
    float phaseCCurrent = monitored_measurements[3];
    float mcuTemperature = monitored_measurements[4];

    // 打印监控数据 (示例，实际应用中可能使用 UART 输出或数据记录)
    printf("--- System Status ---\r\n");
    printf("Bus Voltage: %.2f V\r\n", busVoltage);
    printf("Phase A Current: %.2f A\r\n", phaseACurrent);
    printf("Phase B Current: %.2f A\r\n", phaseBCurrent);
    printf("Phase C Current: %.2f A\r\n", phaseCCurrent);
    printf("MCU Temperature: %.2f °C\r\n", mcuTemperature);
    printf("---------------------\r\n");
}

代码结构总结:

• 分层架构: 代码被清晰地划分为 HAL, Device Driver, Core Service, Application Logic 四层，降低了耦合度，提高了可维护性。
• 模块化设计: 应用逻辑层进一步划分为 PWM模块, ADC驱动模块, 控制模块, 监控模块等，每个模块负责特定功能，代码结构清晰。
• 抽象接口: HAL 层提供了硬件抽象接口，使得上层代码可以独立于具体的硬件平台。Device Driver 层提供了设备驱动接口，简化了应用层代码。
• 任务调度: 使用简化的任务调度器实现了基于时间的任务调度，可以方便地添加和管理周期性任务。
• 示例代码: 提供了 HAL, Device Driver, Core Service, Application Logic 各层的代码示例，展示了代码结构和模块之间的调用关系。

实践验证的技术和方法:

• 分层模块化架构: 这是一种经过大量实践验证的嵌入式软件架构，被广泛应用于各种复杂的嵌入式系统，可以有效地提高代码的可维护性、可扩展性和可移植性。
• HAL 硬件抽象层: HAL 层是嵌入式系统开发中的常用技术，可以有效地隔离硬件差异，提高代码的可移植性，降低更换硬件平台的风险。
• 设备驱动层: 设备驱动层的设计可以进一步简化应用层代码，提高代码的可读性和可维护性。
• 任务调度器: 任务调度器是实时嵌入式系统的核心组件，可以有效地管理和调度系统中的多个任务，保证系统的实时性和响应性。（示例中使用的是简化的轮询式调度器，实际项目中可以采用更成熟的RTOS，例如 FreeRTOS, RT-Thread 等。）
• 代码规范和注释: 代码示例中使用了清晰的命名规范和详细的注释，这对于提高代码的可读性和可维护性至关重要，也是实践中必须遵循的良好编程习惯。
• 单元测试和集成测试: 在实际项目中，需要进行充分的单元测试和集成测试，以验证每个模块的功能和模块之间的协同工作是否正确。可以使用单元测试框架 (例如 CUnit, CMocka) 和集成测试工具进行自动化测试。
• 版本控制: 使用版本控制系统 (例如 Git) 管理代码，可以方便地跟踪代码修改历史、进行代码回滚、协同开发等。
• 代码审查: 进行代码审查可以有效地发现代码中的潜在问题，提高代码质量。

代码扩展和完善方向:

• HAL 层完善: 根据具体的 MCU 平台，完善 HAL 层的各种外设驱动，例如 SPI, I2C, CAN, Timer, DMA, Flash, EEPROM 等。
• Device Driver 层扩展: 根据系统需求，扩展 Device Driver 层，例如添加传感器驱动、显示屏驱动、通信接口驱动等。
• 核心服务层增强: 将简化的任务调度器替换为更成熟的 RTOS，提供更强大的任务管理、内存管理、同步机制等功能。添加错误处理模块、看门狗模块、电源管理模块等。
• 应用逻辑层功能完善:
  • 控制算法: 实现更高级的逆变器控制算法，例如 SVPWM, FOC 等，提高控制精度和动态性能。
  • 保护功能: 完善各种保护功能，例如过流保护、过压保护、过温保护、短路保护等，提高系统可靠性。
  • 通信功能: 实现通信协议处理，例如 CAN, RS485, 以太网等，支持上位机监控和远程控制。
  • 参数配置: 实现参数配置模块，允许用户通过上位机或本地界面配置系统参数。
  • 故障诊断: 完善故障诊断模块，能够检测和诊断系统故障，并提供故障信息。
  • 用户界面: 如果需要，可以添加本地用户界面 (例如 LCD 屏幕和按键) 或 Web 用户界面，方便用户操作和监控系统。
• 代码优化: 对关键代码进行性能优化，提高系统效率和实时性。

总结:

这个分层模块化架构和提供的C代码示例，旨在为您展示一个可靠、高效、可扩展的嵌入式系统平台的设计思路。 在实际项目中，需要根据具体的需求和硬件平台，进行更详细的设计和开发。 通过实践验证的技术和方法，以及不断的代码迭代和完善，最终可以构建出一个高质量的嵌入式产品。

请注意，以上代码示例仅为框架和核心功能的演示，总代码量远未达到3000行。 在实际项目中，各个模块的代码量会根据功能复杂度和代码实现细节而增加。 例如，一个完整的 SVPWM 控制算法模块、完善的保护模块、复杂的通信协议处理模块，都可能需要数百甚至上千行代码。 构建一个完整的嵌入式系统软件，通常需要团队协作，并进行大量的代码编写、测试和调试工作。
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File “/home/tong/.local/lib/python3.10/site-packages/google/genai/_api_client.py”, line 344, in request_streamed
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File “/home/tong/.local/lib/python3.10/site-packages/google/genai/_api_client.py”, line 133, in segments
yield json.loads(str(chunk, ‘utf-8’))
File “/usr/lib/python3.10/json/init.py”, line 346, in loads
return _default_decoder.decode(s)
File “/usr/lib/python3.10/json/decoder.py”, line 337, in decode
obj, end = self.raw_decode(s, idx=_w(s, 0).end())
File “/usr/lib/python3.10/json/decoder.py”, line 353, in raw_decode
obj, end = self.scan_once(s, idx)
json.decoder.JSONDecodeError: Expecting property name enclosed in double quotes: line 1 column 2 (char 1)