简介：基于LM5122设计的200W 20V输出大功率升压模块

200W 20V 大功率升压模块嵌入式系统软件架构设计与C代码实现

关注微信公众号，提前获取相关推文

作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我很高兴能为您详细阐述基于LM5122设计的200W 20V大功率升压模块的嵌入式系统软件架构设计与实现。这个项目涵盖了嵌入式系统开发的完整生命周期，从需求分析、系统设计、软件实现、测试验证到维护升级，每一步都至关重要。为了构建一个可靠、高效、可扩展的系统平台，我们需要精心选择合适的软件架构、技术和方法，并将其落实到实践中。

一、 需求分析

首先，我们需要深入理解项目的需求，这包括功能性需求和非功能性需求。

1. 功能性需求 (Functional Requirements, FRs)

• 电压升压与稳压: 模块的核心功能是将输入电压（例如12V）升压并稳定输出为20V。输出电压精度要求需要明确，例如 ±1% 或更高精度。
• 功率输出能力: 模块需要能够持续输出200W的功率，这意味着在20V输出电压下，需要提供至少10A的电流。
• 电流限制: 为了保护模块和负载，需要实现输出电流限制功能，防止过流损坏。电流限制值需要可配置或预设。
• 保护功能: 完善的保护机制是必不可少的，包括：
  • 过压保护 (OVP): 当输出电压超过安全阈值时，立即停止升压，防止损坏后级电路。
  • 过流保护 (OCP): 当输出电流超过设定限值时，限制电流或关断输出，保护模块和负载。
  • 过温保护 (OTP): 当模块内部温度过高时，降低输出功率或关断输出，防止器件过热损坏。
  • 短路保护 (SCP): 当输出端发生短路时，快速关断输出，防止器件损坏。
  • 欠压锁定 (UVLO): 当输入电压低于工作范围时，禁止模块启动或停止工作，保证系统稳定性和安全性。
• 状态指示: 需要提供状态指示，例如：
  • 运行状态指示: 指示模块是否正常工作。
  • 保护状态指示: 指示模块是否处于某种保护状态 (OVP, OCP, OTP等)。
  • 电压/电流/温度显示: 如果需要更精细的监控，可以考虑增加数码管或LCD显示屏来实时显示电压、电流和温度等参数（根据图片，可能需要外接显示模块）。
• 可配置性: 部分参数可能需要可配置，例如：
  • 输出电压微调: 允许用户在一定范围内微调输出电压。
  • 电流限制阈值: 允许用户根据负载需求配置电流限制阈值。
  • 保护阈值: 允许调整过压、过流、过温等保护阈值（高级配置，通常预设）。
• 通信接口 (可选): 根据应用场景，可能需要预留通信接口，例如 UART、I2C 或 CAN 总线，用于上位机监控和控制（图片中模块似乎没有明显的通信接口，但软件设计应考虑扩展性）。

2. 非功能性需求 (Non-Functional Requirements, NFRs)

• 可靠性 (Reliability): 系统需要稳定可靠地运行，在高负载和恶劣环境下也能保证性能。
• 高效性 (Efficiency): 升压模块需要具有较高的转换效率，减少能量损耗和发热。
• 实时性 (Real-time Performance): 保护机制和控制环路需要具有快速的响应速度，及时应对异常情况。
• 可扩展性 (Scalability): 软件架构应具有良好的可扩展性，方便未来添加新功能或适配不同的硬件平台。
• 可维护性 (Maintainability): 代码应结构清晰、模块化，易于理解、修改和维护。
• 可测试性 (Testability): 软件设计应方便进行单元测试、集成测试和系统测试。
• 安全性 (Safety): 保护功能必须有效可靠，确保模块和负载的安全。
• 成本 (Cost): 在满足性能和功能需求的前提下，尽量控制成本，选择合适的硬件和软件方案。
• 功耗 (Power Consumption): 自身功耗应尽可能低，尤其是在轻载或空载情况下。

二、 系统架构设计

基于以上需求分析，我们选择分层架构作为软件设计的核心架构。分层架构具有模块化、易于维护和扩展的优点，非常适合嵌入式系统开发。

1. 软件层次结构

我们将软件系统划分为以下几个层次，从下到上依次为：

• 硬件抽象层 (Hardware Abstraction Layer, HAL): HAL 层是软件系统与硬件平台之间的桥梁，它将底层硬件操作抽象成统一的接口，使得上层软件可以独立于具体的硬件细节。HAL 层包含对 GPIO、ADC、PWM、Timer 等硬件外设的驱动函数。
• 设备驱动层 (Device Driver Layer): 设备驱动层构建在 HAL 层之上，为上层软件提供更高级别的设备操作接口。例如，ADC 驱动负责读取 ADC 采样值并进行校准和转换；PWM 驱动负责配置和控制 PWM 输出；传感器驱动负责读取和处理传感器数据。
• 电源控制层 (Power Control Layer): 电源控制层是系统的核心层，负责实现电压调节、电流限制、保护功能和状态监控等核心逻辑。它使用设备驱动层提供的接口来获取传感器数据和控制 PWM 输出，并根据控制算法实现闭环控制。
• 应用层 (Application Layer): 应用层是最高层，负责系统初始化、任务调度、用户界面 (例如 LED 指示) 和通信接口 (如果存在) 的管理。应用层调用电源控制层提供的接口来实现系统功能。

2. 模块化设计

在每个层次内部，我们采用模块化设计思想，将功能划分为独立的模块，每个模块负责特定的功能。模块之间通过定义良好的接口进行交互，降低模块之间的耦合度，提高代码的可维护性和可复用性。

例如，在电源控制层，我们可以划分以下模块：

• 电压调节模块 (Voltage Regulation Module): 负责实现输出电压的闭环控制，例如 PID 控制算法。
• 电流限制模块 (Current Limiting Module): 负责实现输出电流的限制，例如峰值电流限制或平均电流限制。
• 保护模块 (Protection Module): 负责实现各种保护功能，例如过压保护、过流保护、过温保护和短路保护。
• 状态监控模块 (Status Monitoring Module): 负责监控系统状态，例如电压、电流、温度和保护状态，并将状态信息传递给应用层。
• PWM 控制模块 (PWM Control Module): 负责根据控制算法计算 PWM 占空比，并控制 PWM 输出。

3. 实时性考虑

由于升压模块需要实时响应负载变化和异常情况，因此系统需要具有良好的实时性。我们采用以下措施来保证实时性：

• 中断驱动: 关键事件 (例如 ADC 采样完成、定时器周期到达) 采用中断方式处理，保证及时响应。
• 定时器驱动控制环路: 电压调节和电流限制等控制环路采用定时器周期性触发，保证控制的实时性。
• 优化中断服务例程 (ISR): ISR 代码应尽可能简洁高效，避免长时间占用 CPU 时间，影响系统的实时性。
• 非阻塞式操作: 尽量采用非阻塞式操作，例如非阻塞式 ADC 采样和非阻塞式通信，避免程序长时间等待。

4. 错误处理机制

为了提高系统的可靠性，我们需要建立完善的错误处理机制。错误处理机制包括：

• 错误检测: 在各个层次和模块中添加错误检测代码，例如参数校验、边界检查、硬件状态检查等。
• 错误报告: 当检测到错误时，及时记录错误信息，例如错误类型、错误发生位置等。
• 错误处理: 根据错误类型和严重程度，采取相应的处理措施，例如重试、告警、降级运行或系统复位。
• 异常处理: 针对可能出现的异常情况，例如硬件故障、软件错误等，设计异常处理流程，保证系统在异常情况下也能安全可靠地运行。

三、 具体C代码实现 (示例代码，非完整项目)

为了更清晰地说明软件架构和实现方法，下面提供一些关键模块的 C 代码示例。请注意，这只是示例代码，并非完整的项目代码，实际项目需要根据具体硬件平台和需求进行详细设计和实现。

1. HAL 层 (Hardware Abstraction Layer)

// hal_gpio.h
#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

typedef enum {
    GPIO_PIN_0,
    GPIO_PIN_1,
    GPIO_PIN_2,
    // ...
    GPIO_PIN_MAX
} GPIO_Pin_t;

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT,
    // ...
} GPIO_Mode_t;

typedef enum {
    GPIO_LEVEL_LOW,
    GPIO_LEVEL_HIGH
} GPIO_Level_t;

void HAL_GPIO_Init(GPIO_Pin_t pin, GPIO_Mode_t mode);
void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_Pin_t pin, GPIO_Level_t level);
GPIO_Level_t HAL_GPIO_ReadPin(GPIO_Pin_t pin);

#endif // HAL_GPIO_H

// hal_adc.h
#ifndef HAL_ADC_H
#define HAL_ADC_H

typedef enum {
    ADC_CHANNEL_0,
    ADC_CHANNEL_1,
    // ...
    ADC_CHANNEL_MAX
} ADC_Channel_t;

void HAL_ADC_Init(ADC_Channel_t channel);
uint16_t HAL_ADC_ReadChannel(ADC_Channel_t channel);

#endif // HAL_ADC_H

// hal_pwm.h
#ifndef HAL_PWM_H
#define HAL_PWM_H

typedef enum {
    PWM_CHANNEL_0,
    PWM_CHANNEL_1,
    // ...
    PWM_CHANNEL_MAX
} PWM_Channel_t;

void HAL_PWM_Init(PWM_Channel_t channel, uint32_t frequency);
void HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_Channel_t channel, float dutyCycle); // Duty cycle: 0.0 - 1.0

#endif // HAL_PWM_H

// hal_timer.h
#ifndef HAL_TIMER_H
#define HAL_TIMER_H

typedef void (*TimerCallback_t)(void);

void HAL_Timer_Init(uint32_t period_ms, TimerCallback_t callback);
void HAL_Timer_Start();
void HAL_Timer_Stop();

#endif // HAL_TIMER_H

2. 设备驱动层 (Device Driver Layer)

// drv_adc.h
#ifndef DRV_ADC_H
#define DRV_ADC_H

#include "hal_adc.h"

typedef enum {
    ADC_VOLTAGE_SENSE,
    ADC_CURRENT_SENSE,
    ADC_TEMPERATURE_SENSE,
    ADC_CHANNEL_COUNT
} ADC_SensorChannel_t;

void DRV_ADC_Init();
uint16_t DRV_ADC_GetRawValue(ADC_SensorChannel_t channel);
float DRV_ADC_ConvertToVoltage(uint16_t rawValue); // 示例：将 ADC raw value 转换为电压值

#endif // DRV_ADC_H

// drv_adc.c
#include "drv_adc.h"

#define ADC_VOLTAGE_REF  3.3f // ADC 参考电压
#define ADC_RESOLUTION 4096.0f // 12-bit ADC 分辨率

void DRV_ADC_Init() {
    HAL_ADC_Init(ADC_CHANNEL_0); // 假设电压传感器连接到 ADC_CHANNEL_0
    HAL_ADC_Init(ADC_CHANNEL_1); // 假设电流传感器连接到 ADC_CHANNEL_1
    HAL_ADC_Init(ADC_CHANNEL_2); // 假设温度传感器连接到 ADC_CHANNEL_2
    // ... 初始化更多通道 ...
}

uint16_t DRV_ADC_GetRawValue(ADC_SensorChannel_t channel) {
    ADC_Channel_t halChannel;
    switch (channel) {
        case ADC_VOLTAGE_SENSE: halChannel = ADC_CHANNEL_0; break;
        case ADC_CURRENT_SENSE: halChannel = ADC_CHANNEL_1; break;
        case ADC_TEMPERATURE_SENSE: halChannel = ADC_CHANNEL_2; break;
        default: return 0; // 错误处理
    }
    return HAL_ADC_ReadChannel(halChannel);
}

float DRV_ADC_ConvertToVoltage(uint16_t rawValue) {
    return (rawValue / ADC_RESOLUTION) * ADC_VOLTAGE_REF;
}

// drv_pwm.h
#ifndef DRV_PWM_H
#define DRV_PWM_H

#include "hal_pwm.h"

void DRV_PWM_Init();
void DRV_PWM_SetDutyCycle(float dutyCycle); // Duty cycle: 0.0 - 1.0

#endif // DRV_PWM_H

// drv_pwm.c
#include "drv_pwm.h"

#define PWM_FREQUENCY 100000 // 100kHz PWM 频率

void DRV_PWM_Init() {
    HAL_PWM_Init(PWM_CHANNEL_0, PWM_FREQUENCY); // 假设 PWM 控制信号连接到 PWM_CHANNEL_0
}

void DRV_PWM_SetDutyCycle(float dutyCycle) {
    HAL_PWM_SetDutyCycle(PWM_CHANNEL_0, dutyCycle);
}

// drv_timer.h
#ifndef DRV_TIMER_H
#define DRV_TIMER_H

#include "hal_timer.h"

typedef void (*ControlLoopCallback_t)(void);

void DRV_Timer_Init(ControlLoopCallback_t controlLoopCallback);
void DRV_Timer_Start();
void DRV_Timer_Stop();

#endif // DRV_TIMER_H

// drv_timer.c
#include "drv_timer.h"

#define CONTROL_LOOP_PERIOD_MS 1 // 控制环路周期 1ms

static ControlLoopCallback_t g_controlLoopCallback;

static void Timer_ISR_Callback() {
    if (g_controlLoopCallback != NULL) {
        g_controlLoopCallback();
    }
}

void DRV_Timer_Init(ControlLoopCallback_t controlLoopCallback) {
    g_controlLoopCallback = controlLoopCallback;
    HAL_Timer_Init(CONTROL_LOOP_PERIOD_MS, Timer_ISR_Callback);
}

void DRV_Timer_Start() {
    HAL_Timer_Start();
}

void DRV_Timer_Stop() {
    HAL_Timer_Stop();
}

3. 电源控制层 (Power Control Layer)

// power_control.h
#ifndef POWER_CONTROL_H
#define POWER_CONTROL_H

#include "drv_adc.h"
#include "drv_pwm.h"

void PowerControl_Init();
void PowerControl_ControlLoop(); // 控制环路函数
void PowerControl_HandleProtection(); // 保护处理函数
float PowerControl_GetOutputVoltage();
float PowerControl_GetOutputCurrent();
float PowerControl_GetTemperature();
void PowerControl_SetOutputVoltageSetpoint(float setpoint);
void PowerControl_SetCurrentLimit(float limit);

#endif // POWER_CONTROL_H

// power_control.c
#include "power_control.h"
#include "drv_adc.h"
#include "drv_pwm.h"
#include "drv_timer.h"

// 目标输出电压
#define TARGET_VOLTAGE 20.0f
// 电压控制环路参数 (PID，这里简化为 PI)
#define KP 0.1f
#define KI 0.01f
// 电流限制值
#define CURRENT_LIMIT 10.0f
// 过压保护阈值
#define OVER_VOLTAGE_THRESHOLD 22.0f
// 过流保护阈值 (可略高于电流限制值)
#define OVER_CURRENT_THRESHOLD 12.0f
// 过温保护阈值 (假设温度传感器单位为摄氏度)
#define OVER_TEMPERATURE_THRESHOLD 85.0f

static float g_outputVoltageSetpoint = TARGET_VOLTAGE;
static float g_currentLimitSetpoint = CURRENT_LIMIT;
static float g_voltageErrorIntegral = 0.0f;
static float g_currentDutyCycle = 0.0f;

static float g_measuredVoltage = 0.0f;
static float g_measuredCurrent = 0.0f;
static float g_measuredTemperature = 0.0f;

static bool g_isOverVoltage = false;
static bool g_isOverCurrent = false;
static bool g_isOverTemperature = false;

void PowerControl_Init() {
    DRV_ADC_Init();
    DRV_PWM_Init();
    DRV_Timer_Init(PowerControl_ControlLoop); // 初始化定时器，并设置控制环路回调函数
    DRV_Timer_Start(); // 启动定时器，开始控制环路
}

void PowerControl_ControlLoop() {
    // 1. 读取传感器数据
    g_measuredVoltage = DRV_ADC_ConvertToVoltage(DRV_ADC_GetRawValue(ADC_VOLTAGE_SENSE));
    g_measuredCurrent = DRV_ADC_ConvertToVoltage(DRV_ADC_GetRawValue(ADC_CURRENT_SENSE)); // 假设电流传感器输出也是电压信号
    g_measuredTemperature = DRV_ADC_ConvertToVoltage(DRV_ADC_GetRawValue(ADC_TEMPERATURE_SENSE)); // 假设温度传感器输出也是电压信号，需要转换

    // 2. 电压调节 (PI 控制器)
    float voltageError = g_outputVoltageSetpoint - g_measuredVoltage;
    g_voltageErrorIntegral += voltageError;
    float voltageControlOutput = KP * voltageError + KI * g_voltageErrorIntegral;

    // 3. 电流限制
    float currentControlOutput = 1.0f; // 默认不限制
    if (g_measuredCurrent > g_currentLimitSetpoint) {
        currentControlOutput = 0.5f; // 简化电流限制逻辑，实际应用中可能需要更复杂的控制算法
        // 可以根据电流误差进行 PI 控制，限制电流上升速度
    }

    // 4. 综合电压调节和电流限制，计算 PWM 占空比
    g_currentDutyCycle += (voltageControlOutput * currentControlOutput);

    // 5. 限制占空比范围 (0.0 - 1.0)
    if (g_currentDutyCycle < 0.0f) g_currentDutyCycle = 0.0f;
    if (g_currentDutyCycle > 1.0f) g_currentDutyCycle = 1.0f;

    // 6. 设置 PWM 占空比
    DRV_PWM_SetDutyCycle(g_currentDutyCycle);

    // 7. 保护处理
    PowerControl_HandleProtection();
}

void PowerControl_HandleProtection() {
    g_isOverVoltage = (g_measuredVoltage > OVER_VOLTAGE_THRESHOLD);
    g_isOverCurrent = (g_measuredCurrent > OVER_CURRENT_THRESHOLD);
    g_isOverTemperature = (g_measuredTemperature > OVER_TEMPERATURE_THRESHOLD); // 需要将温度传感器电压值转换为实际温度

    if (g_isOverVoltage || g_isOverCurrent || g_isOverTemperature) {
        DRV_PWM_SetDutyCycle(0.0f); // 关断 PWM 输出
        // 可以添加状态指示，例如点亮红色 LED
        // 可以记录保护状态，方便调试和故障分析
    } else {
        // 清除保护状态指示 (如果存在)
    }
}

float PowerControl_GetOutputVoltage() {
    return g_measuredVoltage;
}

float PowerControl_GetOutputCurrent() {
    return g_measuredCurrent;
}

float PowerControl_GetTemperature() {
    return g_measuredTemperature;
}

void PowerControl_SetOutputVoltageSetpoint(float setpoint) {
    g_outputVoltageSetpoint = setpoint;
}

void PowerControl_SetCurrentLimit(float limit) {
    g_currentLimitSetpoint = limit;
}

4. 应用层 (Application Layer)

// main.c
#include "power_control.h"
#include "hal_gpio.h" // 用于 LED 指示

#define STATUS_LED_PIN GPIO_PIN_0 // 假设状态指示 LED 连接到 GPIO_PIN_0

int main() {
    // 初始化 GPIO (用于 LED 指示)
    HAL_GPIO_Init(STATUS_LED_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT);

    // 初始化电源控制模块
    PowerControl_Init();

    // 设置输出电压和电流限制 (可选，可以使用默认值)
    // PowerControl_SetOutputVoltageSetpoint(20.5f);
    // PowerControl_SetCurrentLimit(11.0f);

    while (1) {
        // 应用层主循环，可以添加状态显示、通信处理等
        // 示例：根据保护状态控制 LED 指示
        if (g_isOverVoltage || g_isOverCurrent || g_isOverTemperature) {
            HAL_GPIO_WritePin(STATUS_LED_PIN, GPIO_LEVEL_HIGH); // 红色 LED 亮起，表示保护状态
        } else {
            HAL_GPIO_WritePin(STATUS_LED_PIN, GPIO_LEVEL_LOW);  // 绿色 LED 亮起，表示正常运行 (如果使用双色 LED)
        }

        // 可以添加延时，降低 CPU 占用率
        // HAL_Delay(100);
    }

    return 0;
}

四、 项目中采用的技术和方法

在这个项目中，我们采用了多种经过实践验证的技术和方法，以确保系统的可靠性、高效性和可扩展性：

• 分层架构: 将软件系统划分为 HAL 层、设备驱动层、电源控制层和应用层，实现模块化设计，降低耦合度，提高可维护性和可扩展性。
• 模块化设计: 在每个层次内部，进一步将功能划分为独立的模块，提高代码的复用性和可测试性。
• 实时操作系统 (RTOS) (考虑未来扩展): 虽然示例代码没有使用 RTOS，但在实际项目中，为了更好地管理任务和资源，可以考虑引入轻量级 RTOS，例如 FreeRTOS。RTOS 可以提供任务调度、任务同步、内存管理等功能，简化多任务系统的开发。
• PID 控制算法 (简化为 PI): 采用 PID 控制算法 (或简化的 PI 控制) 实现输出电压的闭环控制，保证输出电压的稳定性和精度。PID 控制算法是工业控制领域广泛应用的经典算法，具有良好的控制效果和鲁棒性。
• 中断驱动: 关键事件采用中断方式处理，提高系统的实时响应速度。例如，ADC 采样完成中断、定时器周期中断等。
• 定时器驱动控制环路: 利用定时器周期性触发控制环路函数，保证控制的实时性和周期性。
• 错误处理机制: 建立完善的错误检测、错误报告和错误处理机制，提高系统的可靠性和鲁棒性。
• 状态监控: 实时监控系统状态，例如电压、电流、温度和保护状态，方便用户了解系统运行状况，并进行故障诊断。
• 防御性编程: 在代码中添加必要的参数校验、边界检查和错误处理代码，提高代码的健壮性和可靠性。
• 代码注释和文档: 编写清晰的代码注释和项目文档，方便代码理解、维护和团队协作。
• 版本控制 (Git): 使用 Git 进行代码版本控制，方便代码管理、版本回溯和团队协作。
• 测试驱动开发 (TDD) (可选): 可以采用测试驱动开发方法，先编写测试用例，再编写代码，确保代码质量和功能正确性。
• 单元测试、集成测试和系统测试: 进行全面的测试，包括单元测试、集成测试和系统测试，验证软件的功能和性能是否满足需求。

五、 测试验证和维护升级

1. 测试验证

测试验证是嵌入式系统开发过程中至关重要的环节，我们需要进行多层次、多方面的测试，确保系统满足功能和性能需求，并具有足够的可靠性和稳定性。

• 单元测试: 针对每个模块进行单元测试，验证模块的功能是否正确，接口是否符合规范。可以使用单元测试框架，例如 CUnit 或 Unity。
• 集成测试: 将各个模块组合起来进行集成测试，验证模块之间的交互是否正常，数据传递是否正确。
• 系统测试: 将整个系统作为一个整体进行系统测试，验证系统的整体功能和性能是否满足需求。系统测试包括：
  • 功能测试: 验证系统的所有功能是否正常工作，例如电压调节、电流限制、保护功能、状态指示等。
  • 性能测试: 测试系统的性能指标，例如输出电压精度、电流限制精度、转换效率、响应速度、纹波噪声等。
  • 可靠性测试: 测试系统的可靠性和稳定性，例如长时间运行测试、环境温度变化测试、负载变化测试、电源波动测试等。
  • 压力测试: 在极限条件下测试系统的性能和稳定性，例如最大负载、最高温度、最低电压等。
  • 保护功能测试: 专门测试各种保护功能是否有效可靠，例如过压保护、过流保护、过温保护、短路保护等。

2. 维护升级

嵌入式系统在运行过程中可能需要进行维护和升级，以修复 Bug、添加新功能或适配新的硬件平台。为了方便维护升级，我们在软件设计时需要考虑以下方面：

• 模块化设计: 模块化设计可以降低代码的耦合度，使得修改或添加新功能时，只需要修改或添加相应的模块，而不会影响其他模块。
• 清晰的代码结构和注释: 清晰的代码结构和注释可以提高代码的可读性和可维护性，方便其他开发人员理解和修改代码。
• 版本控制: 使用版本控制系统 (例如 Git) 管理代码，方便代码版本回溯、Bug 修复和版本升级。
• 固件升级机制: 预留固件升级接口，例如 UART、USB 或 OTA (Over-The-Air) 升级，方便用户在不拆卸硬件的情况下进行固件升级。对于这个项目，可以通过 UART 接口进行固件升级。
• 日志记录和错误报告: 在软件中添加日志记录和错误报告功能，方便用户在系统出现问题时进行故障诊断和分析。

总结

本文详细阐述了基于 LM5122 设计的 200W 20V 大功率升压模块的嵌入式系统软件架构设计与 C 代码实现。我们采用了分层架构、模块化设计、实时控制、错误处理等多种技术和方法，构建了一个可靠、高效、可扩展的系统平台。提供的 C 代码示例展示了关键模块的实现思路，实际项目开发需要根据具体的硬件平台和需求进行详细设计和实现。通过完善的测试验证和维护升级机制，我们可以确保系统长期稳定可靠地运行，并能够方便地进行维护和升级。

希望这份详细的解答能够帮助您理解嵌入式系统开发流程和软件架构设计，并为您的项目开发提供参考。如果您有任何其他问题，欢迎随时提出。