【0基础嵌入式学习日志】Day02：函数封装、结构体指针与传感器阈值判断

一、前言

今天继续进行嵌入式 C 语言基础学习。Day01 主要完成了最基础的 C 工程结构搭建，包括 include、src、build 目录划分，头文件定义，GCC 编译和 GitHub 上传。

Day02 的学习重点是进一步把代码写得更像真实工程，包括函数封装、结构体指针传参、传感器数据模拟、故障阈值判断以及 Makefile 自动编译。

本次练习的目标不是写复杂功能，而是理解嵌入式软件中常见的基本流程：

系统初始化 → 传感器数据更新 → 故障判断 → 状态输出
二、Day02 工程结构

本次 Day02 工程目录如下：

day02
├── Makefile
├── include
│ ├── fault_code.h
│ └── system_type.h
├── src
│ └── main.c
└── build
└── day02_test

其中：

include：用于存放头文件；
src：用于存放源文件；
build：用于存放编译生成的可执行文件；
Makefile：用于自动执行 GCC 编译命令；
README.md：用于记录项目说明。

相比 Day01，Day02 不再只是简单地把所有代码都写在 main() 函数中，而是将不同功能拆分为多个函数，使代码结构更加清晰。

三、系统状态结构体 system_type.h

首先在 day02/include/system_type.h 中定义系统状态结构体：

#ifndefSYSTEM_TYPE_H#defineSYSTEM_TYPE_Htypedefstruct{intled_state;floatvoltage;floatcurrent;floattemperature;unsignedintfault_code;}SystemStatus;#endif

这里定义了一个结构体 SystemStatus，用于统一管理系统状态。

结构体中包含：

led_state：LED 状态；
voltage：传感器电压；
current：传感器电流；
temperature：传感器温度；
fault_code：系统故障码。

使用结构体的好处是可以将系统相关数据集中管理，而不是分散定义多个变量。例如：

SystemStatus sys;

这样 sys 就代表当前系统的整体状态。
四、故障码定义 fault_code.h

然后在 day02/include/fault_code.h 中定义故障码：

#ifndefFAULT_CODE_H#defineFAULT_CODE_H#defineFAULT_NONE0x0000#defineFAULT_LOW_VOLTAGE0x0001#defineFAULT_OVER_CURRENT0x0002#defineFAULT_OVER_TEMP0x0004#defineFAULT_SENSOR_ERROR0x0008#endif

这些故障码采用宏定义的方式表示。

其中：

FAULT_NONE 表示无故障；
FAULT_LOW_VOLTAGE 表示低电压故障；
FAULT_OVER_CURRENT 表示过电流故障；
FAULT_OVER_TEMP 表示过温故障；
FAULT_SENSOR_ERROR 表示传感器异常故障。

这里使用 0x0001、0x0002、0x0004 这类数值，是为了通过不同 bit 位表示不同故障状态。这样一个 fault_code 变量就可以同时记录多个故障。

例如：

fault_code = 0x0001 | 0x0002 | 0x0004;

最终结果为：

fault_code = 0x0007

表示同时存在低电压、过电流和过温故障。
五、主程序 main.c

Day02 的主程序放在 day02/src/main.c 中。

首先引入头文件：

#include<stdio.h>#include"system_type.h"#include"fault_code.h"

其中：

stdio.h 用于使用 printf() 输出信息；
system_type.h 用于使用 SystemStatus 结构体；
fault_code.h 用于使用故障码宏定义。
六、系统初始化函数

第一个函数是系统初始化函数：

voidsystem_init(SystemStatus*sys){sys->led_state=0;sys->voltage=12.5f;sys->current=1.2f;sys->temperature=35.6f;sys->fault_code=FAULT_NONE;}

该函数的作用是给系统状态赋初始值。

这里使用了结构体指针：

SystemStatus *sys

在函数内部通过：

sys->voltage

访问结构体成员。

需要注意的是：

结构体变量访问成员：使用 .
结构体指针访问成员：使用 ->

例如：

sys.voltage

用于普通结构体变量；

sys->voltage

用于结构体指针。
七、传感器数据更新函数

第二个函数是传感器数据更新函数：

voidsensor_update(SystemStatus*sys){sys->voltage=9.5f;sys->current=2.5f;sys->temperature=72.0f;}

该函数用于模拟传感器采集到的新数据。

这里故意设置了三个异常值：

电压 9.5V，低于阈值 10.0V；
电流 2.5A，高于阈值 2.0A；
温度 72.0℃，高于阈值 60.0℃。

这样后续故障检测函数就可以触发对应故障。
八、故障检测函数

第三个函数是故障检测函数：

voidfault_check(SystemStatus*sys){sys->fault_code=FAULT_NONE;if(sys->voltage<10.0f){sys->fault_code|=FAULT_LOW_VOLTAGE;}if(sys->current>2.0f){sys->fault_code|=FAULT_OVER_CURRENT;}if(sys->temperature>60.0f){sys->fault_code|=FAULT_OVER_TEMP;}}

该函数主要完成三个判断：

电压 < 10.0V → 低电压故障
电流 > 2.0A → 过电流故障
温度 > 60.0℃ → 过温故障

其中这句代码比较关键：

sys->fault_code |= FAULT_LOW_VOLTAGE;

|= 表示在原有故障码基础上增加一个故障位。

这样做的好处是可以让一个 fault_code 同时保存多个故障状态，而不是只能表示单一故障。
九、系统状态打印函数

第四个函数是系统状态打印函数：

voidsystem_print(constSystemStatus*sys){printf("LED state: %d\n",sys->led_state);printf("Voltage: %.2f V\n",sys->voltage);printf("current: %.2f A\n",sys->current);printf("Temperature: %.2f C\n",sys->temperature);printf("Fault code: 0x%04X\n",sys->fault_code);if(sys->fault_code&FAULT_LOW_VOLTAGE){printf("Fault: Low voltage\n");}if(sys->fault_code&FAULT_OVER_CURRENT){printf("Fault: Over current\n");}if(sys->fault_code&FAULT_OVER_TEMP){printf("Fault: Over temperature\n");}if(sys->fault_code==FAULT_NONE){printf("System normal\n");}}

该函数主要用于打印系统状态和具体故障信息。

这里使用：

sys->fault_code & FAULT_LOW_VOLTAGE

判断故障码中是否包含低电压故障。

需要注意：

|= 用于设置故障位
& 用于判断故障位

这两个符号是本次练习中非常重要的内容。
十、主函数流程

最后在 main() 函数中调用前面定义好的函数：

intmain(void){SystemStatus sys;system_init(&sys);sensor_update(&sys);fault_check(&sys);system_print(&sys);return0;}

整体流程如下：

1. 定义系统状态变量 sys
2. system_init(&sys)：初始化系统状态
3. sensor_update(&sys)：模拟传感器数据更新
4. fault_check(&sys)：根据阈值判断故障
5. system_print(&sys)：打印系统状态和故障信息

这里的 &sys 表示取 sys 的地址，并传给函数。
十一、GCC 编译方式

一开始使用 GCC 手动编译：

gcc day02/src/main.c -Iday02/include-Wall-Wextra-oday02/build/day02_test

其中：

gcc：调用 GCC 编译器；
day02/src/main.c：指定源文件；
-Iday02/include：指定头文件目录；
-Wall：开启常见警告；
-Wextra：开启更多警告；
-o day02/build/day02_test：指定输出文件。

运行程序：

./day02/build/day02_test

十二、Makefile 自动编译

手动输入 GCC 命令比较长，因此进一步学习了 Makefile。

day02/Makefile 内容如下：

CC=gcc CFLAGS=-Wall-Wextra-Iinclude TARGET=build/day02_test SRC=src/main.c all:$(CC)$(SRC)$(CFLAGS)-o $(TARGET)run:./$(TARGET)clean:rm-f $(TARGET)

这里：

CC = gcc 表示使用 GCC 编译器；
CFLAGS 表示编译参数；
TARGET 表示生成的可执行文件；
SRC 表示源文件；
all 表示默认编译任务；
run 表示运行程序；
clean 表示清理编译结果。

进入 day02 目录后，可以直接执行：

make

完成编译。

执行：

makerun

运行程序。

执行：

makeclean

删除编译生成的可执行文件。
十三、运行结果

程序运行结果如下：

LED state:0Voltage:9.50V current:2.50A Temperature:72.00C Fault code: 0x0007 Fault: Low voltage Fault: Over current Fault: Over temperature

可以看到，程序成功检测到了三个故障：

低电压故障
过电流故障
过温故障

最终故障码为：

0x0007

其含义为：

0x0001 | 0x0002 | 0x0004 = 0x0007

说明多个故障可以通过一个变量同时表示。
十四、遇到的问题和解决方法

1. 变量名拼写错误

编译过程中遇到过类似错误：

SystemStatus has no member named ‘failt_code’

原因是把：

fault_code

误写成了：

failt_code

C 语言中变量名必须完全一致，一个字母写错都会导致编译失败。修改拼写后，程序可以正常编译。

2. Makefile 找不到

一开始在工程根目录直接执行：

make

出现错误：

make: *** No targets specified and no makefile found. Stop.

原因是 Makefile 放在 day02 文件夹中，而当时终端所在位置是工程根目录。

解决方法是先进入 day02 目录：

cd /root/Embedded_14Days/day02

然后再执行：

makemakerun

最终成功完成自动编译和运行。
十六、项目源码

本次 Day02 学习代码已上传至 GitHub：

https://github.com/jdai10590-afk/Embedded-C-Learning-Projects/tree/main/day02