妙用結(jié)構(gòu)體 簡化報文封裝和解析

佛門里有句話：諸法無自性，盡隨汝心轉(zhuǎn)。就是說，同樣一個東西，在不同的人眼中，呈現(xiàn)的是不同的印象。

比如，同樣是榴蓮，有人視為美味，直流口水，有人卻覺得聞起來臭穢，吃起來反胃，正所謂汝之蜜糖，彼之砒霜。

這一點(diǎn)倒是和“一千個讀者的眼中就有一千個哈姆雷特”有點(diǎn)異曲同工之妙。

同樣的東西，在不同使用者手中也能發(fā)揮不同的作用。比如倚天劍，張無忌拿它主持武林正義，護(hù)佑天下蒼生，滅絕師太卻拿它發(fā)泄更年期的怒火，切蘿卜似地大殺四方。

比如C語言中的結(jié)構(gòu)體，有的人輕車熟路，信手拈來，經(jīng)常孔乙己似地“你可知結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體有幾種用法？”

有的人卻笨手笨腳，不得章法。

說他不會用結(jié)構(gòu)體吧，他便漲紅了臉，額上的青筋條條綻出，爭辯道：“用得不好不能算不會用。。。不用。。。碼農(nóng)的事，能說不會用嗎？”接著便是難懂的話，什么“不同的變量干嘛揉在一起”，什么“物以類聚人以群分”之類，引得眾人都哄笑起來，辦公室里充滿了快活的空氣。

灑家向來中規(guī)中矩，也沒研究過結(jié)構(gòu)體到底有幾種用法，直到有一天，用它解決了工作中的一個大問題，才領(lǐng)會了它的妙用。

一

代碼交接也許是碼農(nóng)最不愿意干的事情之一了，尤其是要接過一個要離職的“兄弟”的代碼的時候。

當(dāng)其時也，真?zhèn)€是左右為難。

卡得嚴(yán)一點(diǎn)吧，害怕傷交情，人都要走了，好說好散，何必在這個時候讓人為難？放松一點(diǎn)吧，苦的是自己，人都要走了，一拍兩散，他甩下的鍋有那么容易刷完？

總之，一邊是交情，一邊是心情，左右都不是，為難了自己。該為他想吧，該為自己想吧，我已糾結(jié)地不可自拔。

當(dāng)小韓離職、領(lǐng)導(dǎo)讓我交接他的代碼時，我陷入的便是這樣的困境。

小韓交接給我的是一個半成品的電動防夾車窗控制器，雖然一時半會我還看不大懂他的防夾算法，但是應(yīng)用部分還是比較容易理解的。待我沉下心去一看，我很快被代碼中此起彼伏的位操作語句淹沒了。

代碼里到處涌現(xiàn)的這些位操作是干嘛的呢？原來，這個產(chǎn)品是個CAN節(jié)點(diǎn)，這些位操作是用來提取CAN報文里的某個“信號”，或者給CAN報文的某個“信號”賦值的。

這里面實(shí)際上牽扯到一個挺麻煩的事情，因?yàn)?，傳統(tǒng)的CAN信號讀取和賦值方法以報文字節(jié)數(shù)組為操作對象，讀取某個CAN信號或者對某個CAN信號賦值時，確實(shí)需要對報文字節(jié)數(shù)組中的某個字節(jié)進(jìn)行位操作。

但是，根據(jù)具體應(yīng)用不同，一個CAN節(jié)點(diǎn)需要讀取和賦值的CAN信號可能多達(dá)數(shù)十個甚至上百個，這種位操作方式使得解析和賦值CAN信號的工作非常繁重，而且容易出錯。當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)功能升級造成網(wǎng)絡(luò)矩陣表發(fā)生改變時，CAN信號解析和賦值操作也會隨CAN信號位置或長度的變化而變化，這時又會造成大量的修改操作。

也就是說，且不說小韓的半成品代碼里是不是埋了雷，就是以后要做一點(diǎn)修改時，也會很麻煩。

這可咋整？

二

進(jìn)一步行文之前，還是有必要先給大家科普一下。

在CAN網(wǎng)路中，CAN報文是底層通信接收和發(fā)送的主體，每條CAN報文中的數(shù)據(jù)場為8個字節(jié)。在這八個字節(jié)里，有很多“信號”，這些信號一般是位形式，比如車窗命令可以用一個2位的信號表示-01上升10下降11停止。

這么說吧，從“通信”的角度，報文收發(fā)的操作對象是“字節(jié)形式”的報文數(shù)據(jù)，但是從“邏輯”的角度，應(yīng)用的操作對象是“位形式”的CAN信號。

一邊是字節(jié)形式的報文數(shù)據(jù)，一邊是位形式的CAN信號，顯然需要通過一種手段把它們聯(lián)系起來。

位操作當(dāng)然是手段之一。

就像小韓在代碼里寫的那樣，先把CAN報文寄存器里的字節(jié)形式的數(shù)據(jù)賦值給具體報文中的某個字節(jié)，比如：

WDW_CMD_REQ[0]=(unsigned char)(CANmsgReceiveNow[1]>>8);

再用位操作提取該報文該字節(jié)里面的信號，比如：

Lf_cmd=WDW_CMD_REQ[0]&0x03;

在寫代碼和讀代碼時，位操作畢竟比不得直接的加、減、邏輯、賦值操作那樣容易理解，但是，程序員的心一般都比較大，應(yīng)該不怕自己人讀時頭大。

而且，就算如前文所說，信號在字節(jié)中的位置發(fā)生了變化，無非是多費(fèi)點(diǎn)腦汁，重寫一下這個位操作語句就行了。

總之，位操作是麻煩了點(diǎn)，但是好像也不是多大的硬傷。

好吧，如果你沒有覺得哪里有什么不對勁，請你思考一下這個問題：

每個報文對應(yīng)八個字節(jié)，這八個字節(jié)里可能有二三十個信號，如果每個信號都定義一個變量，一條報文就差不多消耗三十來個字節(jié)的RAM，如果報文多了，會消耗多少RAM資源呢？要知道，在MCU里面，RAM可算是寸土寸金吶！

三

信號對應(yīng)的RAM資源其實(shí)是可以省掉的！方法就是本文要說的聯(lián)合體和結(jié)構(gòu)體。

聯(lián)合體可以節(jié)省RAM空間，這是C語言里的常識?？墒?，怎么把字節(jié)形式和位形式“聯(lián)合”為一體呢？

方法就是根據(jù)報文的信號矩陣設(shè)計信號組結(jié)構(gòu)體。即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)矩陣表給出的每個報文的所有CAN信號的名稱、起始位和長度信息，每個報文都設(shè)計一個由一組位信號組成的結(jié)構(gòu)體。

這里首先要注意你所用處理器的大小端模式，看看是先定義第一個字節(jié)里的信號，還是先定義最后一個字節(jié)里的信號。然后根據(jù)信號的占位（第幾個字節(jié)的哪幾位），把它定義在相應(yīng)的位置，如果在報文里有空位，比如說第二個字節(jié)的0-3位沒有定義，這時也要以占位符信號的形式把它定義出來。

然后為每個報文定義一個聯(lián)合體類型。聯(lián)合體有兩個成員變量，一個是數(shù)組變量，一個是上述信號組結(jié)構(gòu)體變量。根據(jù)聯(lián)合體的定義，數(shù)組變量和信號組結(jié)構(gòu)體變量的尺寸相同，存放于相同的地址空間（同一個RAM地址）里，無論誰發(fā)生了變化，另一方也會同步發(fā)生改變。

在這個聯(lián)合體中，數(shù)組變量是以單字節(jié)類型定義的數(shù)組，存儲字節(jié)形式的報文數(shù)據(jù)，它用于報文的收發(fā)，對應(yīng)于底層通信。

信號組結(jié)構(gòu)體變量是以上述信號組結(jié)構(gòu)體類型定義的結(jié)構(gòu)體，存儲信號組形式的報文數(shù)據(jù)，它用于信號的解析和封裝，對應(yīng)于上層應(yīng)用。

報文聯(lián)合體和信號組結(jié)構(gòu)體內(nèi)存空間示意圖

CAN節(jié)點(diǎn)接收報文并放入報文緩沖區(qū)后，進(jìn)行報文解析時，首先根據(jù)報文ID，找出對應(yīng)的報文，然后將報文緩沖區(qū)當(dāng)前報文的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的報文聯(lián)合體變量的數(shù)組變量中，由于聯(lián)合體字節(jié)數(shù)組和聯(lián)合體信號組結(jié)構(gòu)體位于相同的地址空間上，數(shù)組變量的內(nèi)容更新直接更新了該聯(lián)合體變量中的信號組結(jié)構(gòu)體變量的內(nèi)容，當(dāng)提取和解析CAN信號時，直接讀取該報文聯(lián)合體中的結(jié)構(gòu)體中定義的信號即可。

當(dāng)需要發(fā)送報文時，如果需要賦值信號，直接賦值該報文聯(lián)合體中的結(jié)構(gòu)體中定義的信號，不需要進(jìn)行位操作對報文數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后將該報文聯(lián)合體中的字節(jié)數(shù)組填充到CAN控制器的發(fā)送寄存器中，啟動CAN控制器的發(fā)送就可以完成報文的發(fā)送。

這種實(shí)現(xiàn)方案是不是很酷？Super Cool！

四

這種對結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體的妙用，只需要在定義結(jié)構(gòu)體的時候膽大心細(xì)一些，便可以將CAN信號的解析及封裝畢其功于一役，之后的工作就像那橋邊姑娘，風(fēng)華模樣，落落大方了。

如果是底層報文收發(fā)，你就對聯(lián)合體中的數(shù)組形式的字節(jié)變量進(jìn)行操作，如果是應(yīng)用層CAN信號的讀取和賦值，你就對聯(lián)合體中信號組結(jié)構(gòu)體形式的位變量進(jìn)行操作。

有了聯(lián)合體，報文里字節(jié)形式的數(shù)據(jù)變化后，位形式的信號量自動發(fā)生變化，直接拿來用即可。反之，在應(yīng)用中對某個位形式的信號更新賦值了以后，報文里的字節(jié)數(shù)據(jù)自動發(fā)生變化，該發(fā)送時直接發(fā)送即可！

再也沒有惱人的位操作了，是不是非常地神清氣爽？

總之，假輿馬者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而絕江河。君子生非異也,善假于物也！

就在于這個善假于物也！