Как избежать виртуальных функций в этом случае?

Question

У меня есть ситуация, когда у меня есть класс на микроконтроллере, который имеет дело с широтно-импульсной модуляцией. Чрезвычайно упрощенный пример:

class MotorDriver 
{ 
    int pin_; 
public: 
    MotorDriver(int pin); 
    void init(); 
    void start(); 
    void stop(); 
    void changeDutyCycle(int dc); 
}; 

У него есть функции для инициализации, запуска, остановки и изменения pwm. Если подключить 4 двигателей с микроконтроллером, я буду создавать 4 экземпляры этого класса и поместить их в массив, а затем вызывать функции, как возникает

motors[0].changeDutyCycle(50); 
motors[1].changeDutyCycle(40); 
.... 

Проблема, потому что не существует универсального способа, чтобы настроить таймер на указанный микроконтроллер. Например, одному мотору придется использовать Timer3, в то время как другому мотору придется использовать Timer4. Различные таймеры имеют разные размеры битов, регистры, каналы, контакты ... Я хочу иметь возможность писать пользовательские функции для каждого таймера, но все же могу поместить все объекты в один и тот же массив и функции вызова на них, то есть

class MotorDriver 
{ 
    void changeDutyCycle(int dc) = 0; 
}; 

class MotorDriver1 : public MotorDriver 
{ 
    void changeDutyCycle(int dc) 
    { 
     TIM3->CCR2 = dc; 
    } 
}; 

class MotorDriver2 : public MotorDriver 
{ 
    void changeDutyCycle(int dc) 
    { 
     TIM4->CCR1 = dc; 
    } 
}; 

MotorDriver1 md1(); 
MotorDriver2 md2(); 
MotorDriver* mds[] = { &md1, &md2 }; 

int main() 
{ 
    mds[0]->changeDutyCycle(10); 
    mds[1]->changeDutyCycle(20); 
} 

Я знаю, что могу достичь того, чего хочу с помощью виртуальных функций. Эта функция короткая и будет вызываться часто, поэтому цена виртуальных функций высока. Есть ли способ избежать их в этом случае или другой шаблон дизайна? Цель состояла в том, чтобы иметь многоразовый код, который легко использовать снаружи. Наличие всего, что мне нужно в массиве, намного облегчает многое.

Edit: Я знаю об этом сообщении Avoiding virtual functions но ответ, который относится к тому, что мне нужно состояние:

Если вы находитесь в ситуации, когда каждый цикл за подсчеты вызовов, то есть вы делаете очень небольшая работа в вызове функции, и вы вызываете из своего внутреннего цикла в критическом для производительности приложении, вам, возможно, нужен совсем другой подход.

Answer 1

Различия между таймерами обычно довольно незначительные, особенно когда речь идет о настройке фактической ширины вывода - инициализация может быть различной, но там вы можете иметь виртуальные функции. Просто сохраните ссылку на базовые регистры TIM и индекс канала в своем классе, и это кажется вам все, что вам нужно. Если вы используете такие вещи, как «дополнительные» каналы, вы можете сохранить их как отрицательные индексы.

Проверьте этот код - это очень похожее назначение (приводные шаговые двигатели) на STM32F4, но должно дать вам представление.

namespace 
{ 

/// array with all CCR registers 
const decltype(&TIM_TypeDef::CCR1) ccrs[] 
{ 
     &TIM_TypeDef::CCR1, 
     &TIM_TypeDef::CCR2, 
     &TIM_TypeDef::CCR3, 
     &TIM_TypeDef::CCR4 
}; 

constexpr bool isAdvancedControlTimer(const TIM_TypeDef& tim) 
{ 
    return &tim == TIM1 || &tim == TIM8; 
} 

} // namespace 

TIM_TypeDef& HardwareTimer::getTim() const 
{ 
    // "timBase_" is "uintptr_t timBase_;" 
    // initialized with TIM1_BASE, TIM2_BASE, ... 
    return *reinterpret_cast<TIM_TypeDef*>(timBase_); 
} 

int HardwareTimer::start(const int8_t channel, const uint16_t compare) const 
{ 
    if (channel == 0) 
     return EINVAL; 
    const auto complementaryChannel = channel < 0; 
    const auto channelShift = (complementaryChannel == true ? -channel : channel) - 1; 
    if (channelShift >= 4) 
     return EINVAL; 
    auto& tim = getTim(); 
    const auto advancedControlTimer = isAdvancedControlTimer(tim); 
    if (complementaryChannel == true && advancedControlTimer == false) 
     return EINVAL; 

    tim.*ccrs[channelShift] = compare; 
    if (advancedControlTimer == true) 
     tim.BDTR |= TIM_BDTR_MOE; 
    tim.CR1 |= TIM_CR1_CEN | TIM_CR1_URS; 

    return 0; 
} 

Не слишком беспокоиться о производительности - в реальности микроконтроллеры очень быстро и просто с помощью правильной архитектуры (например, ОСРВ или событие ведомой) заставит их скучать 80-90% времени!

Если вы реализуете простой код, и на самом деле это приведет к тому, что ваше приложение будет слишком медленным, то - предположим, что вы не можете улучшить алгоритм или общую архитектуру - просто предкоммутите большинство значений от start() в своем конструкторе и, возможно, отбросьте проверка ошибок (или перемещение в другом месте, из цикла).

Или просто используйте виртуальные функции, влияние косвенного вызова обычно незначительно.

Answer 2

Вы можете использовать однократное прерывание таймера для всех, тогда вы не будете ограничены количеством таймеров. Вместо того, чтобы изменять настройку таймера в рабочем цикле, вы просто измените переменную, которая скажет, что каждый X тикает, переключает/устанавливает/восстанавливает контакт, соответствующий этому двигателю.И в рутине таймера вы просто создали бы простой цикл с итерациями, равными количеству подключенных моторов и проверяли каждую операцию, например, по модулю, если теперь самое время изменить контакт. Программный PWM с использованием прерывания таймера является хорошим вариантом в этом сценарии.