简介：Sparrow是一个远程控制器，主要作用是可以通过手机控制电脑开关机，由于它是模块化的，因此既可以控制笔记本也可以控制台式机，此外它还有一些有趣的附加功能。

好的，作为一名高级嵌入式软件开发工程师，我将为您详细阐述Sparrow远程控制器的嵌入式系统代码设计架构，并提供具体的C代码实现方案。这个项目旨在构建一个可靠、高效、可扩展的平台，涵盖从需求分析到系统维护的完整流程。
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Sparrow远程控制器嵌入式系统代码设计架构详解

针对Sparrow远程控制器的功能需求和嵌入式环境的特点，我将采用一种分层模块化架构进行设计。这种架构具有良好的可维护性、可扩展性和可重用性，非常适合嵌入式系统的开发。

1. 架构概述

Sparrow系统的软件架构将分为以下几个核心层次和模块：

• 硬件抽象层 (HAL - Hardware Abstraction Layer): 这是架构的最底层，直接与硬件交互。HAL的主要职责是封装底层硬件的差异，向上层提供统一的硬件接口。这层包括GPIO控制、定时器驱动、通信接口驱动（如Wi-Fi、蓝牙）、显示驱动、电源管理等模块。采用HAL可以提高代码的可移植性，方便更换硬件平台。

• 板级支持包 (BSP - Board Support Package): BSP建立在HAL之上，针对特定的硬件平台进行初始化和配置。它包括系统启动代码、时钟配置、中断管理、内存管理（如果需要）等。BSP为操作系统或裸机系统提供运行环境。

• 操作系统层 (OS - Operating System) / 实时操作系统 (RTOS): 对于Sparrow这类具备一定复杂度的嵌入式系统，使用实时操作系统 (RTOS) 是一个明智的选择。RTOS负责任务调度、资源管理、同步互斥等核心功能，可以提高系统的实时性、并发性和可靠性。常见的RTOS如FreeRTOS、RT-Thread等都可以考虑。如果系统复杂度较低，也可以选择裸机系统，但需要自行实现任务调度和资源管理。为了更贴近现代嵌入式开发实践，并考虑到Sparrow可能需要处理网络通信和并发控制，我建议采用RTOS。

• 通信层 (Communication Layer): 负责处理与手机App的远程通信。Sparrow通过Wi-Fi或蓝牙与手机App建立连接，并使用特定的通信协议进行数据交换。通信层需要实现网络协议栈（如TCP/IP协议栈）、数据解析、数据封装、加密解密（如果需要）等功能。考虑到Sparrow需要远程控制，Wi-Fi连接可能更适合，因为它具有更远的通信距离和更高的带宽。

• 服务层 (Service Layer): 服务层构建在通信层之上，提供各种核心服务功能，例如：

  • 电源控制服务: 实现电脑的开关机控制功能。
  • 状态监控服务: 监控Sparrow自身的状态（如电量、温度）以及电脑的状态（如果可以获取）。
  • 附加功能服务: 实现其他有趣的附加功能，例如定时开关机、远程重启、快捷指令等。
  • 配置管理服务: 负责Sparrow的配置管理，例如Wi-Fi配置、设备名称配置等。

• 应用层 (Application Layer): 应用层是系统的最高层，负责协调各个服务模块，实现Sparrow的整体功能逻辑。应用层接收来自通信层的指令，调用服务层的功能，并将结果反馈给通信层或通过UI显示。应用层是整个系统的控制中心。

• 用户界面层 (UI Layer): 负责与用户交互，显示系统状态、接收用户输入（如果Sparrow设备本身有输入设备，例如按键或触摸屏）。根据图片显示，Sparrow配备了一个显示屏，UI层可以用于显示时间、天气、系统状态等信息。UI层可以使用图形库（如LVGL、GUIX）来简化开发。

2. 模块详细设计

下面我将对每个模块进行更详细的设计说明。

2.1 硬件抽象层 (HAL)

HAL的目标是屏蔽硬件差异，提供统一的API给上层使用。对于Sparrow项目，HAL需要包含以下模块：

• GPIO驱动模块 (hal_gpio.c/h): 负责GPIO的初始化、方向配置、电平读写等操作。需要支持控制电脑电源开关的GPIO端口，以及可能用于指示状态的LED GPIO。
• 定时器驱动模块 (hal_timer.c/h): 提供定时器功能，用于系统时钟、延时函数、周期性任务等。可以支持多种定时器模式，如单次定时、周期定时等。
• Wi-Fi驱动模块 (hal_wifi.c/h): 负责Wi-Fi芯片的初始化、连接管理、数据收发等操作。需要支持STA模式（连接到Wi-Fi路由器）或AP模式（作为热点）。
• 显示驱动模块 (hal_display.c/h): 驱动Sparrow的显示屏，负责显示初始化、清屏、画点、画线、显示字符、显示图片等操作。需要根据具体的显示屏型号选择合适的驱动。
• 电源管理模块 (hal_power.c/h): 负责电源管理功能，例如低功耗模式、电源状态检测等。对于电池供电的Sparrow，电源管理尤为重要。
• RTC驱动模块 (hal_rtc.c/h): 实时时钟 (RTC) 驱动，用于保持系统时间，即使在断电情况下也能计时。
• 传感器驱动模块 (hal_sensor.c/h): 如果Sparrow集成了传感器（如温度传感器、湿度传感器），则需要传感器驱动模块来读取传感器数据。

2.2 板级支持包 (BSP)

BSP是针对特定硬件平台的，这里假设Sparrow使用基于ESP32-WROOM-32E模组的硬件平台。BSP需要完成以下工作：

• 系统启动代码 (startup.c/s): 汇编代码，负责芯片上电后的初始化，包括堆栈初始化、中断向量表设置、跳转到C代码入口点等。
• 时钟配置 (bsp_clock.c/h): 配置ESP32的时钟系统，包括CPU时钟、外设时钟、总线时钟等。
• 中断管理 (bsp_interrupt.c/h): 管理中断向量表、中断优先级、中断使能和禁止、中断处理函数注册等。
• 内存管理 (bsp_memory.c/h): 如果需要自定义内存管理，BSP可以提供内存分配和释放函数。在RTOS环境下，通常由RTOS负责内存管理。
• 外设初始化 (bsp_init.c/h): 初始化芯片上的外设，例如GPIO控制器、定时器控制器、SPI控制器、I2C控制器、UART控制器等。根据Sparrow的具体硬件配置进行初始化。

2.3 操作系统层 (RTOS)

这里选择FreeRTOS作为Sparrow的RTOS。RTOS层需要完成以下任务：

• 任务创建和管理 (os_task.c/h): 创建和管理系统中的任务。Sparrow系统可以创建多个任务，例如通信任务、服务任务、UI任务等。
• 任务同步和互斥 (os_sync.c/h): 提供任务同步和互斥机制，例如信号量、互斥锁、事件标志组、消息队列等，用于保护共享资源和协调任务间的执行。
• 内存管理 (os_memory.c/h): FreeRTOS自带内存管理，也可以根据需要进行定制。
• 时间管理 (os_time.c/h): 提供系统时间管理，例如获取系统Tick数、延时函数等。
• 中断管理 (os_interrupt.c/h): FreeRTOS也提供了中断管理接口，用于在中断服务例程中与RTOS内核交互。

2.4 通信层 (Communication Layer)

通信层负责Sparrow与手机App的通信。这里假设使用Wi-Fi和MQTT协议进行通信。

• Wi-Fi管理模块 (comm_wifi.c/h): 封装ESP32的Wi-Fi驱动，提供更高级的Wi-Fi连接管理功能，例如扫描Wi-Fi网络、连接指定AP、断开连接、获取Wi-Fi状态等。
• MQTT客户端模块 (comm_mqtt.c/h): 实现MQTT客户端功能，负责连接MQTT Broker、订阅主题、发布消息、处理接收到的消息等。MQTT协议是一种轻量级的发布/订阅消息协议，非常适合物联网应用。
• 协议解析模块 (comm_protocol.c/h): 定义Sparrow与手机App之间的数据通信协议。协议需要定义消息类型、数据格式、命令字等。协议解析模块负责将接收到的数据解析成可处理的消息，并将要发送的数据封装成协议格式。
• 数据加密模块 (comm_crypto.c/h): 如果需要保证通信安全，可以加入数据加密模块，例如使用TLS/SSL加密MQTT连接，或使用对称加密算法对数据进行加密。

2.5 服务层 (Service Layer)

服务层提供Sparrow的核心业务功能。

• 电源控制服务模块 (service_power.c/h): 实现电脑电源控制功能。可以通过GPIO控制电脑的电源开关按钮。需要考虑不同的电脑电源控制方式，例如脉冲控制、电平控制等。还可以实现WOL (Wake-on-LAN) 功能，通过网络唤醒电脑。
• 状态监控服务模块 (service_status.c/h): 监控Sparrow自身的状态，例如电量、温度、Wi-Fi连接状态等。如果可以获取电脑状态，也可以监控电脑的运行状态。
• 附加功能服务模块 (service_extra.c/h): 实现其他附加功能，例如定时开关机、远程重启、快捷指令等。
• 配置管理服务模块 (service_config.c/h): 负责Sparrow的配置管理，例如Wi-Fi配置、MQTT Broker配置、设备名称配置等。配置可以存储在Flash存储器中。

2.6 应用层 (Application Layer)

应用层是系统的控制中心，负责协调各个服务模块。

• 主任务 (app_main.c): 创建和启动各个服务任务、通信任务、UI任务。处理系统初始化、事件循环等。
• 命令处理模块 (app_command.c/h): 接收来自通信层的命令，根据命令类型调用相应的服务模块进行处理。例如，接收到“开机”命令，调用电源控制服务模块的开机功能。
• 状态管理模块 (app_state.c/h): 管理Sparrow的系统状态，例如运行模式、连接状态、错误状态等。

2.7 用户界面层 (UI Layer)

UI层负责与用户交互，这里假设使用LVGL图形库进行UI开发。

• UI初始化模块 (ui_init.c/h): 初始化LVGL库、显示驱动、输入设备驱动（如果Sparrow有输入设备）。
• UI界面管理模块 (ui_manager.c/h): 管理UI界面，例如创建主界面、状态显示界面、配置界面等。
• UI控件模块 (ui_widgets.c/h): 封装常用的UI控件，例如标签、按钮、图片、进度条等。
• UI事件处理模块 (ui_event.c/h): 处理UI事件，例如按钮点击事件、触摸屏事件等。

3. C代码实现

下面我将提供一些关键模块的C代码示例，以展示Sparrow系统的具体实现思路。由于代码量庞大，我无法在此处完整提供3000行代码，但我会尽力提供关键模块的框架和核心代码，并详细注释。

3.1 HAL层代码示例 (hal_gpio.h, hal_gpio.c)

hal_gpio.h:

#ifndef HAL_GPIO_H
#define HAL_GPIO_H

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

typedef enum {
    GPIO_MODE_INPUT,
    GPIO_MODE_OUTPUT
} gpio_mode_t;

typedef enum {
    GPIO_LEVEL_LOW,
    GPIO_LEVEL_HIGH
} gpio_level_t;

// 初始化GPIO
void hal_gpio_init(uint32_t gpio_pin, gpio_mode_t mode);

// 设置GPIO输出电平
void hal_gpio_set_level(uint32_t gpio_pin, gpio_level_t level);

// 读取GPIO输入电平
gpio_level_t hal_gpio_get_level(uint32_t gpio_pin);

#endif // HAL_GPIO_H

hal_gpio.c:

#include "hal_gpio.h"
#include "esp_err.h" // ESP-IDF specific
#include "driver/gpio.h" // ESP-IDF GPIO driver

void hal_gpio_init(uint32_t gpio_pin, gpio_mode_t mode) {
    gpio_config_t io_conf;
    io_conf.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE; // 禁止中断
    io_conf.pin_bit_mask = (1ULL << gpio_pin); // GPIO pin mask
    if (mode == GPIO_MODE_OUTPUT) {
        io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT; // 输出模式
        io_conf.pull_down_en = 0; // 禁止下拉
        io_conf.pull_up_en = 0; // 禁止上拉
    } else { // GPIO_MODE_INPUT
        io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT; // 输入模式
        io_conf.pull_down_en = 0; // 禁止下拉
        io_conf.pull_up_en = 0; // 禁止上拉 (可以根据需要配置上拉或下拉)
    }
    esp_err_t ret = gpio_config(&io_conf);
    if (ret != ESP_OK) {
        // GPIO初始化失败处理，例如打印错误日志
        printf("GPIO initialization failed for pin %d, error: %d\n", gpio_pin, ret);
    }
}

void hal_gpio_set_level(uint32_t gpio_pin, gpio_level_t level) {
    gpio_set_level(gpio_pin, (level == GPIO_LEVEL_HIGH) ? 1 : 0);
}

gpio_level_t hal_gpio_get_level(uint32_t gpio_pin) {
    int level = gpio_get_level(gpio_pin);
    return (level == 1) ? GPIO_LEVEL_HIGH : GPIO_LEVEL_LOW;
}

3.2 BSP层代码示例 (bsp_init.c, bsp_clock.c, bsp_interrupt.c - 示例ESP32平台)

bsp_init.c:

#include "bsp_init.h"
#include "bsp_clock.h"
#include "bsp_interrupt.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "hal_wifi.h"
#include "hal_display.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

void bsp_init(void) {
    // 初始化时钟
    bsp_clock_init();

    // 初始化中断控制器
    bsp_interrupt_init();

    // 初始化GPIO HAL
    // (这里可以初始化一些默认的GPIO配置，例如LED指示灯GPIO)
    hal_gpio_init(CONFIG_LED_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT);
    hal_gpio_set_level(CONFIG_LED_GPIO, GPIO_LEVEL_LOW); // 默认关闭LED

    // 初始化Wi-Fi HAL
    hal_wifi_init();

    // 初始化显示 HAL
    hal_display_init();

    // 其他外设初始化...

    printf("BSP initialization completed.\n");
}

bsp_clock.c (ESP32平台时钟初始化 - 示例):

#include "bsp_clock.h"
#include "esp_err.h"
#include "esp_clk.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "bsp_clock";

void bsp_clock_init(void) {
    // ESP-IDF 的时钟初始化通常在系统启动时由ESP-IDF框架完成，
    // 这里可以添加一些额外的时钟配置，例如调整CPU频率（如果需要）。
    // 对于Sparrow项目，默认的时钟配置可能已经足够。

    // 示例：获取当前CPU频率
    uint32_t cpu_freq_mhz = esp_clk_cpu_freq() / 1000000;
    ESP_LOGI(TAG, "CPU frequency: %d MHz", cpu_freq_mhz);

    // 如果需要更改CPU频率，可以使用 esp_pm_configure() 等函数进行配置。
    // 具体配置方法请参考ESP-IDF文档。

    ESP_LOGI(TAG, "Clock initialization completed.");
}

bsp_interrupt.c (ESP32平台中断初始化 - 示例):

#include "bsp_interrupt.h"
#include "esp_err.h"
#include "esp_intr_alloc.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "bsp_interrupt";

void bsp_interrupt_init(void) {
    // ESP-IDF 的中断管理由ESP-IDF框架提供，
    // 这里可以添加一些全局中断的配置，例如设置默认中断优先级等。
    // 通常情况下，不需要在BSP层进行过多的中断配置。

    // 示例：注册一个简单的GPIO中断处理函数 (需要HAL层支持GPIO中断)
    // (假设 hal_gpio_enable_interrupt 和 hal_gpio_register_isr 函数存在)
    /*
    esp_err_t ret;
    ret = hal_gpio_enable_interrupt(CONFIG_BUTTON_GPIO, GPIO_INTR_POSEDGE); // 上升沿触发
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to enable GPIO interrupt, error: %d", ret);
    }

    ret = hal_gpio_register_isr(CONFIG_BUTTON_GPIO, button_isr_handler, NULL); // 注册中断服务例程
    if (ret != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to register GPIO ISR, error: %d", ret);
    }
    */

    ESP_LOGI(TAG, "Interrupt initialization completed.");
}

// 示例 GPIO 中断服务例程 (需要HAL层实现中断处理函数注册)
/*
static void IRAM_ATTR button_isr_handler(void* arg) {
    // 中断处理逻辑，例如发送事件到任务队列，唤醒任务进行处理
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    // ... (发送事件到队列或其他操作) ...
    if (xHigherPriorityTaskWoken) {
        portYIELD_FROM_ISR(); // 如果唤醒了更高优先级的任务，需要进行任务切换
    }
}
*/

3.3 操作系统层代码示例 (FreeRTOS - os_task.h, os_task.c, os_sync.h, os_sync.c - 示例)

os_task.h:

#ifndef OS_TASK_H
#define OS_TASK_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

typedef void (*task_function_t)(void *pvParameters);

// 创建任务
bool os_task_create(task_function_t task_func, const char *task_name, uint32_t stack_size, void *task_param, UBaseType_t priority, TaskHandle_t *task_handle);

// 删除任务
void os_task_delete(TaskHandle_t task_handle);

// 获取当前任务句柄
TaskHandle_t os_task_get_current_task_handle(void);

#endif // OS_TASK_H

os_task.c:

#include "os_task.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "os_task";

bool os_task_create(task_function_t task_func, const char *task_name, uint32_t stack_size, void *task_param, UBaseType_t priority, TaskHandle_t *task_handle) {
    BaseType_t xReturned;

    xReturned = xTaskCreate(
        task_func,       /* Task function */
        task_name,     /* Name of task */
        stack_size,    /* Stack size of task */
        task_param,    /* Parameter passed to task */
        priority,      /* Priority of task */
        task_handle);   /* Task handle to keep track of created task */

    if (xReturned == pdPASS) {
        ESP_LOGI(TAG, "Task '%s' created successfully.", task_name);
        return true;
    } else {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to create task '%s'.", task_name);
        return false;
    }
}

void os_task_delete(TaskHandle_t task_handle) {
    if (task_handle != NULL) {
        vTaskDelete(task_handle);
        ESP_LOGI(TAG, "Task deleted.");
    } else {
        ESP_LOGW(TAG, "Invalid task handle, cannot delete.");
    }
}

TaskHandle_t os_task_get_current_task_handle(void) {
    return xTaskGetCurrentTaskHandle();
}

os_sync.h (示例 - 信号量):

#ifndef OS_SYNC_H
#define OS_SYNC_H

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/semphr.h"

typedef SemaphoreHandle_t os_semaphore_handle_t;

// 创建二值信号量
os_semaphore_handle_t os_semaphore_create_binary(void);

// 删除信号量
void os_semaphore_delete(os_semaphore_handle_t sem_handle);

// 获取信号量 (阻塞等待)
bool os_semaphore_take(os_semaphore_handle_t sem_handle, TickType_t ticks_to_wait);

// 释放信号量
bool os_semaphore_give(os_semaphore_handle_t sem_handle);

#endif // OS_SYNC_H

os_sync.c (示例 - 信号量):

#include "os_sync.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "os_sync";

os_semaphore_handle_t os_semaphore_create_binary(void) {
    SemaphoreHandle_t sem_handle = xSemaphoreCreateBinary();
    if (sem_handle == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to create binary semaphore.");
    } else {
        ESP_LOGI(TAG, "Binary semaphore created.");
    }
    return sem_handle;
}

void os_semaphore_delete(os_semaphore_handle_t sem_handle) {
    if (sem_handle != NULL) {
        vSemaphoreDelete(sem_handle);
        ESP_LOGI(TAG, "Semaphore deleted.");
    } else {
        ESP_LOGW(TAG, "Invalid semaphore handle, cannot delete.");
    }
}

bool os_semaphore_take(os_semaphore_handle_t sem_handle, TickType_t ticks_to_wait) {
    if (sem_handle == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Invalid semaphore handle, cannot take.");
        return false;
    }
    if (xSemaphoreTake(sem_handle, ticks_to_wait) == pdTRUE) {
        return true;
    } else {
        return false; // 超时或获取失败
    }
}

bool os_semaphore_give(os_semaphore_handle_t sem_handle) {
    if (sem_handle == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Invalid semaphore handle, cannot give.");
        return false;
    }
    if (xSemaphoreGive(sem_handle) == pdTRUE) {
        return true;
    } else {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to give semaphore.");
        return false;
    }
}

3.4 通信层代码示例 (comm_wifi.c, comm_mqtt.c - 示例ESP32平台和MQTT)

comm_wifi.c (部分示例 - Wi-Fi连接管理):

#include "comm_wifi.h"
#include "hal_wifi.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "string.h"

static const char *TAG = "comm_wifi";
static wifi_connect_status_t wifi_status = WIFI_DISCONNECTED; // Wi-Fi连接状态

static EventGroupHandle_t wifi_event_group;
const int WIFI_CONNECTED_BIT = BIT0;
const int WIFI_FAIL_BIT = BIT1;

static void wifi_event_handler(void *arg, esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, void *event_data);

// Wi-Fi 初始化
void comm_wifi_init(void) {
    wifi_event_group = xEventGroupCreate();

    ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
    esp_netif_create_default_wifi_sta();

    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));

    esp_event_handler_instance_t instance_any_id;
    esp_event_handler_instance_t instance_sta_id;
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, &wifi_event_handler, NULL, &instance_any_id));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP, &wifi_event_handler, NULL, &instance_sta_id));

    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());

    ESP_LOGI(TAG, "Wi-Fi initialization finished.");

    // ... (连接到Wi-Fi AP 的函数 comm_wifi_connect_ap()  将在下面示例) ...
}

// 连接到 Wi-Fi AP
wifi_connect_status_t comm_wifi_connect_ap(const char *ssid, const char *password) {
    if (wifi_status == WIFI_CONNECTED) {
        ESP_LOGW(TAG, "Already connected to Wi-Fi.");
        return wifi_status;
    }

    wifi_config_t wifi_config = {
        .sta = {
            .ssid = "",
            .password = "",
            .threshold.authmode = WIFI_AUTH_WPA2_PSK, // 默认WPA2-PSK
            .pmf_cfg = {
                .capable = true,
                .required = false
            },
        },
    };
    strncpy((char *)wifi_config.sta.ssid, ssid, sizeof(wifi_config.sta.ssid) - 1);
    strncpy((char *)wifi_config.sta.password, password, sizeof(wifi_config.sta.password) - 1);

    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_connect());

    EventBits_t bits = xEventGroupWaitBits(wifi_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT | WIFI_FAIL_BIT, pdFALSE, pdFALSE, portMAX_DELAY);

    if (bits & WIFI_CONNECTED_BIT) {
        ESP_LOGI(TAG, "Connected to AP SSID:%s password:%s", ssid, password);
        wifi_status = WIFI_CONNECTED;
        return WIFI_CONNECTED;
    } else if (bits & WIFI_FAIL_BIT) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to connect to SSID:%s, password:%s", ssid, password);
        wifi_status = WIFI_DISCONNECTED;
        return WIFI_DISCONNECTED;
    } else {
        ESP_LOGE(TAG, "UNEXPECTED EVENT");
        wifi_status = WIFI_DISCONNECTED;
        return WIFI_DISCONNECTED;
    }
}

// Wi-Fi 事件处理函数
static void wifi_event_handler(void *arg, esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, void *event_data) {
    if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_START) {
        // 连接到Wi-Fi AP (实际的AP信息应该从配置中读取)
        // comm_wifi_connect_ap("YOUR_WIFI_SSID", "YOUR_WIFI_PASSWORD");
    } else if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED) {
        ESP_LOGI(TAG, "Wi-Fi disconnected, attempting to reconnect...");
        esp_wifi_connect(); // 尝试重新连接
        xEventGroupClearBits(wifi_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT);
        xEventGroupSetBits(wifi_event_group, WIFI_FAIL_BIT);
        wifi_status = WIFI_DISCONNECTED;
    } else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {
        ip_event_got_ip_t *event = (ip_event_got_ip_t *)event_data;
        ESP_LOGI(TAG, "Got IPv4 address:" IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));
        xEventGroupSetBits(wifi_event_group, WIFI_CONNECTED_BIT);
        xEventGroupClearBits(wifi_event_group, WIFI_FAIL_BIT);
        wifi_status = WIFI_CONNECTED;
    }
}

wifi_connect_status_t comm_wifi_get_status(void) {
    return wifi_status;
}

comm_mqtt.c (部分示例 - MQTT客户端连接和消息发布):

#include "comm_mqtt.h"
#include "mqtt_client.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "comm_mqtt";
static esp_mqtt_client_handle_t mqtt_client = NULL;

static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void *event_data);

// MQTT 初始化
void comm_mqtt_init(const char *broker_uri, const char *client_id) {
    esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
        .uri = broker_uri,
        .client_id = client_id,
        // ... (可以添加用户名密码、证书等配置) ...
    };

    mqtt_client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
    esp_mqtt_client_register_event(mqtt_client, ESP_EVENT_ANY_ID, mqtt_event_handler, NULL);
    esp_mqtt_client_start(mqtt_client);

    ESP_LOGI(TAG, "MQTT initialization finished.");
}

// MQTT 事件处理函数
static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void *event_data) {
    ESP_LOGD(TAG, "Event dispatched from event loop base=%s, event_id=%d", base, event_id);
    esp_mqtt_event_handle_t event = event_data;
    // esp_mqtt_client_handle_t client = event->client;
    int msg_id;
    switch ((esp_mqtt_event_id_t)event_id) {
    case MQTT_EVENT_CONNECTED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_CONNECTED");
        // 连接成功后可以订阅主题
        msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(mqtt_client, "sparrow/command", 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_DISCONNECTED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DISCONNECTED");
        break;
    case MQTT_EVENT_SUBSCRIBED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_SUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_PUBLISHED:
        ESP_LOGD(TAG, "MQTT_EVENT_PUBLISHED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_DATA:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DATA");
        printf("TOPIC=%.*s\r\n", event->topic_len, event->topic);
        printf("DATA=%.*s\r\n", event->data_len, event->data);
        // 处理接收到的MQTT消息 (例如命令解析)
        // ... (调用协议解析模块 comm_protocol_parse_command() ) ...
        break;
    case MQTT_EVENT_ERROR:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_ERROR");
        if (event->error_handle->error_type == MQTT_ERROR_TYPE_TCP_TRANSPORT) {
            ESP_LOGE(TAG, "Last error System socket error errno=%d, sock=%d", event->error_handle->esp_transport_sock_errno, event->error_handle->esp_transport_sock);
        }
        break;
    default:
        ESP_LOGI(TAG, "Other event id:%d", event->event_id);
        break;
    }
}

// 发布 MQTT 消息
int comm_mqtt_publish_message(const char *topic, const char *message) {
    if (mqtt_client == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "MQTT client not initialized.");
        return -1;
    }
    int msg_id = esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, topic, message, 0, 1, 0); // QoS=1, retain=0
    if (msg_id < 0) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to publish message, msg_id=%d", msg_id);
    } else {
        ESP_LOGD(TAG, "sent publish successful, msg_id=%d", msg_id);
    }
    return msg_id;
}

3.5 服务层代码示例 (service_power.c - 示例电源控制服务)

#include "service_power.h"
#include "hal_gpio.h"
#include "os_task.h"
#include "esp_log.h"
#include "string.h"

static const char *TAG = "service_power";
static uint32_t power_gpio_pin = CONFIG_POWER_CONTROL_GPIO; // 电源控制 GPIO

// 电源控制服务初始化
void service_power_init(void) {
    hal_gpio_init(power_gpio_pin, GPIO_MODE_OUTPUT);
    hal_gpio_set_level(power_gpio_pin, GPIO_LEVEL_HIGH); // 默认电脑开机状态 (根据实际硬件配置调整)
    ESP_LOGI(TAG, "Power service initialized.");
}

// 开机
bool service_power_on(void) {
    ESP_LOGI(TAG, "Powering on PC...");
    hal_gpio_set_level(power_gpio_pin, GPIO_LEVEL_LOW); // 模拟按下电源按钮 (低电平触发)
    os_task_delay(pdMS_TO_TICKS(100)); // 短暂延时模拟按压时间
    hal_gpio_set_level(power_gpio_pin, GPIO_LEVEL_HIGH); // 释放电源按钮
    return true; // 可以根据实际情况添加错误处理
}

// 关机 (软关机 - 需要电脑操作系统支持)
bool service_power_off_soft(void) {
    ESP_LOGI(TAG, "Softly powering off PC...");
    // 这里可以使用 WOL (Wake-on-LAN) 包来发送关机指令到电脑
    // 或者使用其他远程关机协议 (例如 SSH 命令, 需要电脑开启SSH服务)
    // 由于WOL主要用于唤醒，软关机可能需要其他机制，例如发送MQTT消息到电脑端程序，
    // 由电脑端程序执行关机操作。
    ESP_LOGW(TAG, "Soft power off functionality not fully implemented yet.");
    return false; // 软关机实现需要更多细节，这里暂不完整实现
}

// 硬关机 (直接断电 - 风险较高，不推荐常用)
bool service_power_off_hard(void) {
    ESP_LOGE(TAG, "Hard power off requested! (Potentially harmful)");
    hal_gpio_set_level(power_gpio_pin, GPIO_LEVEL_LOW); //  保持低电平模拟长按电源按钮，强制关机
    // 这种方式可能会损坏电脑硬件或数据，不推荐作为常规关机方式。
    return true;
}

// 获取电源状态 (需要硬件支持或通过其他方式检测)
power_state_t service_power_get_state(void) {
    // 这里需要根据实际硬件设计来检测电脑的电源状态。
    // 例如，可以通过检测电脑的电源指示灯GPIO 或其他信号。
    // 简化示例，假设始终返回 POWER_STATE_UNKNOWN
    return POWER_STATE_UNKNOWN;
}

4. 系统构建和实践验证

• 开发环境搭建: 搭建基于ESP-IDF的开发环境，配置编译工具链、下载ESP-IDF SDK。
• 硬件连接和调试: 将Sparrow硬件连接到电脑，使用JTAG或串口进行调试。
• 代码编译和烧录: 使用ESP-IDF编译工程代码，并将固件烧录到ESP32芯片。
• 单元测试: 针对HAL层、BSP层、服务层等关键模块编写单元测试用例，验证模块功能的正确性。
• 集成测试: 将各个模块集成起来进行测试，验证系统整体功能的正确性。
• 系统测试: 进行长时间运行测试、压力测试、稳定性测试，验证系统的可靠性和稳定性。
• 手机App开发: 开发手机App，实现与Sparrow的远程通信和控制界面。
• 端到端测试: 进行完整的端到端测试，从手机App发送指令到Sparrow执行操作，再到结果反馈，验证整个系统的完整性和功能性。
• 维护升级: 设计固件升级方案，例如OTA (Over-The-Air) 升级，方便后续维护和功能升级。

5. 总结

Sparrow远程控制器项目采用分层模块化架构，结合FreeRTOS实时操作系统，以及MQTT协议进行远程通信，构建了一个可靠、高效、可扩展的嵌入式系统平台。代码示例展示了HAL层、BSP层、OS层、通信层和服务层的基本框架和关键代码实现思路。在实际开发过程中，需要根据具体的硬件平台、功能需求和性能指标，进行详细的设计和实现，并进行充分的测试和验证。

额外说明:

• 上述代码示例仅为框架和示例，需要根据实际硬件平台和功能需求进行完善和修改。
• 实际代码量会远超过示例代码，为了达到3000行以上的代码量，需要完善各个模块的细节实现，例如HAL层需要支持更多硬件功能，通信层需要实现完整的协议解析和数据处理，服务层需要实现更多附加功能，UI层需要设计更丰富的用户界面等等。
• 代码中使用了ESP-IDF框架和FreeRTOS，需要熟悉这两个框架的使用方法。
• 嵌入式系统开发需要注重资源管理、功耗优化、错误处理和系统稳定性等方面。

希望这份详细的设计架构和代码示例能够帮助您理解Sparrow远程控制器的嵌入式系统开发。如果您有任何疑问或需要更深入的讨论，请随时提出。