RTOS 虛擬平台 (VM) 軟體系統架構規劃草案

 

📘 RTOS 虛擬平台 (VM) 軟體系統架構規劃草案

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🧠 設計核心理念

1. 語言選擇需具跨平台性與延續性

   • 建議語言：C/C++ 為底層核心語言、Python/Lua 作為上層測試或配置介面語言。

   • 語言延續性確保「知識經驗」不歸零、支援平台轉換。

2. 重視軟體靈魂——資料結構、狀態圖與演算法設計

   • 導入 UML / Statechart / Flowchart 工具輔助分析。

   • 採標準化文檔格式（如 Markdown + PlantUML 或 Doxygen）建構文件與設計庫。

3. 建構跨平台可重用的函數庫（Library）架構

   • 函數庫需以功能導向與需求導向為核心。

   • 移植平台時只需重新撰寫 L01~L03 層的實作即可，其餘層維持共通。

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🏗️ 軟體系統分層架構

以下為推薦的 8 層虛擬平台軟體架構模型：

層級	名稱	功能說明	可連接層
L00	HardHDL	實體硬體模擬層，平台抽象化支援 FPGA/MCU/ARM 等	—
L01	BIOS	最低階 I/O 初始化與啟動例程，如 clock, gpio, uart	L00
L02	DRIVE1_LOW	基礎外設驅動，如 Timer、ADC、PWM、I2C、SPI	L01, L00
L03	DRIVE2_HIGH	高階驅動層，封裝 sensor、motor、CAN、LCD、Flash	L02, L01
L04	SYS_PUBLIB	系統級公用函式：RTOS抽象層、記憶體池、佇列封裝、錯誤處理	L03, L02
L05	APP_PUBLIB	應用共用邏輯層：演算法、數學函數、座標轉換、通訊協定封裝	L04, L03
L06	USER_PUBLIB	使用者應用函式封裝，如 control策略、任務流程模組	L05, L04
L07	APP	實際應用程式（如自走車、機器手臂、數據採集）	L06, L05, L04

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🔗 嚴格層級依賴限制（LINK規範）

• 上層僅可呼叫指定下層，反向依賴禁止

  nginx
  L07 → L06, L05, L04
  L06 → L05, L04
  L05 → L04, L03
  L04 → L03, L02
  L03 → L02, L01
  L02 → L01, L00
  L01 → L00
  

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📦 技術配套工具建議

類型	工具建議
文件生成	Doxygen、Sphinx、MkDocs
圖示建模	PlantUML、Draw.io、yEd
設計追蹤	Markdown + Git 管理技術資源庫
單元測試	Unity for C, pytest for Python
VM 平台模擬	QEMU、自訂 HAL/Driver layer 做 mock 驗證
自動編譯系統	CMake + Makefile + Ninja 或 PlatformIO

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🧰 可進一步建構：

• 📁 vm_sys/：儲存虛擬硬體資源模組

• 📁 libs/：依照 L01~L06 結構分層建置

• 📁 app/：各應用模組 (如 BLE、AGV、LineFollower)

• 📁 doc/：UML + API 說明文件，版本控管

• 📁 tool/：交叉編譯腳本、模擬驅動、測試平台工具

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🔚 小結與後續建議

這套分層 VM 架構：

• 可模擬 RTOS 開發、支援軟體重構與平台移植

• 適用於教育用途、快速原型、內部開發平台統一

📌 下一步建議：

• 依此模型實作出一個 demo 架構（例如以 FreeRTOS + STM32 為範本）

• 可建立 L01~L03 的 HAL 測試模擬框架（Mock HAL）