基于硬件隱藏思想設(shè)計(jì)MCF5307嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序
摘要:基于隱藏硬件思想設(shè)計(jì)MCF5307嵌入式系統(tǒng)硬件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì),這樣設(shè)計(jì)便于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用,縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間,對(duì)提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力有實(shí)際意義。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/149063.htm關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng);硬件隱藏;應(yīng)用程序編程接口;驅(qū)動(dòng)程序
1引言
嵌入式系統(tǒng)軟件人員經(jīng)常讀取系統(tǒng)外設(shè)寄存器和控制寄存器,直接控制硬件,這樣對(duì)軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一種繁復(fù)的事,而且嵌入式微處理器內(nèi)部集成外設(shè)種類越來(lái)越多,如串口設(shè)備、時(shí)鐘/定時(shí)器設(shè)備、IIC總線等,對(duì)嵌入式編程帶來(lái)更多的困難。如果讀寫硬件的語(yǔ)句散布在整個(gè)應(yīng)用程序中或者不同的功能模塊可能會(huì)讀寫同一個(gè)硬件,那么當(dāng)系統(tǒng)硬件發(fā)生變動(dòng)時(shí),應(yīng)用程序就必須全盤重寫。怎么避免這樣的情況?一個(gè)好的方法就是按照盡量隱藏硬件的原則編制設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序中盡量隱藏硬件,有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):①因?yàn)槟K化,軟件的總體結(jié)構(gòu)更容易理解;
②只要是與某一個(gè)外設(shè)相互作用,必然是通過(guò)他的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)起作用的,這樣查找錯(cuò)誤和故障就更容易些;
③由硬件的變動(dòng)導(dǎo)致的軟件變化集中在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序上,這樣做有助于減少系統(tǒng)變動(dòng)時(shí)改變軟件設(shè)計(jì)工作量,盡量做到軟件復(fù)用,縮短開(kāi)發(fā)周期,這對(duì)提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力有實(shí)際意義。
2編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的方法和步驟
本文以摩托羅拉公司冷火系列(coldfire)嵌入式微處理器MCF5307定時(shí)器為例,討論在用C++語(yǔ)言編寫嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序時(shí),如何做到盡量隱藏硬件的方法和步驟。
(1)覆蓋設(shè)備的存儲(chǔ)映像控制及狀態(tài)設(shè)備寄存器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
MCF5307的寄存器C語(yǔ)言描述文件是MCF5307.h,這個(gè)文件對(duì)MCF5307的系統(tǒng)寄存器和片上外設(shè)控制和狀態(tài)寄存器以結(jié)構(gòu)或聯(lián)合的方式做了定義。在Timer.cpp添加MCF5307.h并在頭文件文件中定義MCF5307_IMM類型全局指針變量imm后就可以訪問(wèn)這些寄存器(使用timer1)。如下所示:
#defineMBAR_ADDR0x10000000
#defineVBR0x0MCF5307_IMM
*imm=(MCF5307_IMM*)MBAR_ADDR;
在timer類構(gòu)造函數(shù)中對(duì)MCF5307定時(shí)器控制和狀態(tài)寄存器作硬件初始化,使其產(chǎn)生周期為1ms的節(jié)拍中斷。
(2)跟蹤目前硬件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的一組變量
驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)過(guò)程的第二步是確定變量來(lái)跟蹤硬件和設(shè)備驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。比如,要確定硬件是否已經(jīng)初始化過(guò)或跟蹤當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值。
設(shè)備的驅(qū)動(dòng)不只創(chuàng)建一個(gè)軟件設(shè)備,他們純粹是邏輯設(shè)備,在基本外圍硬件之上實(shí)現(xiàn)。容易設(shè)想從單獨(dú)鐘,正如在Windows下定時(shí)器編程一樣。系統(tǒng)的定時(shí)器應(yīng)該被設(shè)置以產(chǎn)生一個(gè)周期性的時(shí)鐘節(jié)拍(tick),比如ms。設(shè)備驅(qū)動(dòng)則保持創(chuàng)建的每個(gè)軟件時(shí)鐘的狀態(tài)信息來(lái)管理一組不同長(zhǎng)度的軟件時(shí)鐘。
(3)一個(gè)把硬件初始化到已知狀態(tài)的例程
確定跟蹤物理和邏輯設(shè)備的狀態(tài)的變量后,接下來(lái)是實(shí)際與設(shè)備交互和控制函數(shù)。首先從設(shè)備初始化例程開(kāi)始,把設(shè)備狀態(tài)設(shè)定到一個(gè)已知的狀態(tài)。然后就是啟動(dòng)定時(shí)器,并且在啟動(dòng)時(shí)設(shè)定類型(周期的,還是非周期的)、周期參數(shù)、刪除定時(shí)器等。
(4)合起來(lái)為設(shè)備驅(qū)動(dòng)用戶提供API的一組例程
設(shè)備初始化后,開(kāi)始給設(shè)備驅(qū)動(dòng)添加其他的功能。
以定時(shí)器為例,創(chuàng)建一個(gè)軟件時(shí)鐘,啟動(dòng)時(shí)鐘和管理時(shí)鐘函數(shù)等具體的模塊函數(shù)。這些函數(shù)的集合就可以為設(shè)備驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序提供一個(gè)統(tǒng)一的接口。
(5)中斷服務(wù)例程
確定外設(shè)的中斷服務(wù)例程入口地址以及安裝中斷向量。一些重要的后臺(tái)工作要由中斷服務(wù)例程來(lái)完成,合理的設(shè)置中斷可以很好的利用CPU,提高CPU的運(yùn)行效率。MCF5307的中斷是由中斷基址寄存器VBR和各個(gè)外設(shè)控制寄存器共同決定的。
3在MCF5307上實(shí)現(xiàn)軟件時(shí)鐘
實(shí)現(xiàn)軟件定時(shí)器的關(guān)鍵就是活動(dòng)時(shí)鐘鏈表的管理,要跟蹤時(shí)鐘狀態(tài),要記錄時(shí)鐘啟動(dòng)時(shí)刻及其周期或長(zhǎng)度,用鏈表管理時(shí)鐘,把時(shí)鐘的啟動(dòng)時(shí)刻轉(zhuǎn)換為剩余節(jié)拍數(shù)count和鏈表的位置關(guān)系。如圖1所示,當(dāng)一個(gè)軟件時(shí)鐘被啟動(dòng)時(shí),初始化state,type和length,時(shí)鐘被插入活動(dòng)時(shí)鐘鏈表。在時(shí)鐘鏈表的時(shí)鐘經(jīng)過(guò)排序使得第一個(gè)到期的時(shí)鐘處于表的頂端。每一個(gè)時(shí)鐘有一個(gè)與其相關(guān)的count變量,這個(gè)值代表了所有列表前面的到期時(shí)該時(shí)鐘剩余的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)。在硬件產(chǎn)生的時(shí)鐘節(jié)拍中斷時(shí)——每毫秒一次——都要刷新活動(dòng)時(shí)鐘列表。
圖1說(shuō)明了活動(dòng)時(shí)鐘鏈表,每一個(gè)軟件時(shí)鐘都有他的長(zhǎng)度和開(kāi)始時(shí)間,一旦他們被插入列表,就對(duì)應(yīng)count字段和排序。鏈表中可以看出第1個(gè)和第2個(gè)時(shí)鐘同時(shí)啟動(dòng)。由于第2個(gè)比第1個(gè)長(zhǎng)5ms,因此他晚5個(gè)節(jié)拍到期。而第3個(gè)時(shí)鐘是在第1個(gè)時(shí)鐘的count=1時(shí)插入的。
由于篇幅有限,其他的源程序簡(jiǎn)略。
4測(cè)試程序和運(yùn)行結(jié)果
這段程序是在風(fēng)河公司(windriver)diab4.3g編譯器下編譯,并在SDS調(diào)試器下做調(diào)試運(yùn)行,測(cè)試程
評(píng)論