在嵌入式系统开发中，STM32因性能稳定、外设丰富，被广泛用于工业控制、能源管理、消费电子等领域。随着项目功能不断增多，代码结构愈发复杂，简单的裸机开发方式难以支撑高可靠、高维护性的需求。因此，采用分层、模块化的软件架构成为必然选择。

本文结合实际工程经验，探讨STM32工程架构从裸机开发向分层模块化演进的过程，并重点介绍驱动层、服务层、应用层的划分方式和依赖管理方法。

一、裸机开发的局限

早期的STM32开发大多采用裸机方式，即主函数中初始化所有外设，进入while(1)循环后按顺序调用各个功能函数。这种方式结构简单、学习门槛低，但存在明显缺陷：

• 业务逻辑和硬件操作混杂，耦合度高
• 缺少模块边界，维护困难
• 功能扩展需改动多个文件，风险大
• 不利于多人协作和版本控制

因此，当项目复杂度上升、团队人数增加时，就必须引入结构化、分层的工程架构。

二、STM32工程的典型分层结构

一个成熟的STM32项目，一般划分为三层：

1. 驱动层（Driver Layer）

驱动层负责直接操作硬件资源。主要内容包括：

• HAL库或LL库封装
• 外设初始化和基础读写接口（如GPIO、UART、ADC、SPI等）
• 板级支持包（BSP），用于屏蔽硬件平台差异

实际项目中，驱动层通常不直接暴露给业务代码，而是进行简单封装，如：

void UART1_Send(uint8_t *buf, uint16_t len);
void UART1_Receive_IT(uint8_t *buf, uint16_t len);

这样做的好处是，一旦底层更换为DMA或其他通信方式，只需改动驱动实现部分，不影响上层逻辑。

2. 服务层（Service Layer）

服务层是连接驱动层与应用层的中间层，处理与业务无关的通用逻辑，例如：

• 协议栈（如Modbus、CANopen）
• 参数存储（EEPROM/Flash配置项读写）
• 数据处理（滤波、计算RMS、异常判断）
• 状态管理和事件调度

举例：做一个三相电压监测功能，RMS电压计算可独立为一个服务模块，内部调用ADC采样值并进行滑动窗口计算。服务层不直接访问硬件寄存器，而是通过驱动接口完成硬件操作。

3. 应用层（Application Layer）

应用层主要负责业务逻辑的实现，处理人机交互、控制流程、协议响应等。应用层不应该直接访问硬件，而是通过调用服务层提供的接口实现业务需求。例如：

if (Voltage_CheckAbnormal()) {
    Alarm_Set(OVERVOLTAGE);
}

这种设计使得控制逻辑清晰，方便测试与维护。

三、模块依赖与管理

分层结构的关键在于明确每层之间的依赖关系：

Application --> Service --> Driver

• 应用层只能依赖服务层
• 服务层只能依赖驱动层
• 驱动层不依赖上层模块

通过接口文件（如 .h 头文件）进行层与层之间的通信，避免“跨层调用”。此外，每个模块都应具备清晰的边界和独立的初始化函数，方便维护与复用。

模块目录结构建议如下：

/ProjectRoot
├── Drivers/
│   ├── gpio/
│   ├── usart/
│   └── adc/
├── Services/
│   ├── voltage/
│   ├── config/
│   └── protocol/
├── Application/
│   ├── main_ctrl/
│   └── alarm_handler/
├── Core/
│   └── main.c

四、实际案例：三相电压监测模块

以一个工业用电监测设备为例，其功能包括三相电压采集、电压异常判断、故障上报和报警输出。分层结构设计如下：

• 驱动层：
• adc.c: 实现电压通道的采样初始化和读取
• eeprom.c: 参数存储
• rtc.c: 时间戳获取
• 服务层：
• rms_calc.c: 计算电压有效值
• voltage_analysis.c: 识别欠压、过压、相序异常
• config_manager.c: 参数加载、保存
• comm_modbus.c: Modbus命令解析和应答
• 应用层：
• main_ctrl.c: 控制流程状态机
• alarm_logic.c: 判断是否报警，控制输出继电器
• ui_display.c: 更新OLED或LCD显示内容

这套结构可以实现模块独立开发和调试。例如，在没有硬件的情况下，开发者可以单独测试rms_calc.c的计算准确性，或用PC仿真测试comm_modbus.c协议处理逻辑。

五、总结

STM32项目从裸机开发向分层模块化演进，是提高代码可维护性、可扩展性和工程规范性的必经之路。

落地建议如下：

1. 初期就规划好项目分层，避免“堆代码”
2. 所有模块提供标准初始化函数和接口头文件
3. 层间调用通过接口实现，不允许跨层访问
4. 所有服务模块尽量避免硬件依赖
5. 驱动层可适配多个芯片或平台，提高复用性

合理的架构设计不是浪费时间，而是为未来扩展和团队协作打基础。对于中大型STM32项目来说，分层架构的价值，往往在项目中后期才能真正显现。