中斷調(diào)用方式的ARM二次開發(fā)接口設(shè)計

作者：時間：2013-11-11 來源：網(wǎng)絡(luò)

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隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于ARM芯片的可編程智能嵌入式設(shè)備在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。由于程序的設(shè)計者在設(shè)計軟件程序和功能的時候，所針對的對象是社會上的通常情況，并沒有根據(jù)最終不同的使用者來加以設(shè)計，因此各個軟件的實際使用者在使用軟件時會根據(jù)自己的使用要求和市場需求預(yù)測，對軟件再加以開發(fā)，即俗稱的二次開發(fā)[1]。如今，Android系統(tǒng)和蘋果產(chǎn)品等都給用戶提供開發(fā)平臺，便于用戶開發(fā)自己的程序。為了適應(yīng)用戶簡易嵌入式應(yīng)用程序的開發(fā)，縮短二次開發(fā)周期，開發(fā)一種低成本的專用嵌入式二次開發(fā)工具就顯得十分必要。其中，二次開發(fā)工具最重要的部分就是二次開發(fā)接口的設(shè)計。

　　通過對現(xiàn)有嵌入式二次開發(fā)技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)3個問題。問題一，現(xiàn)有嵌入式二次開發(fā)技術(shù)主要是直接給用戶提供系統(tǒng)函數(shù)的OBJ中間文件，以及函數(shù)聲明的頭文件。用戶通過調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)編寫自己的程序，進行編譯鏈接后直接燒錄進芯片進行使用，但是這樣會造成芯片存儲空間的浪費。問題二是系統(tǒng)程序函數(shù)的安全問題，它直接給用戶提供系統(tǒng)OBJ中間文件，通過反編譯能夠很容易地破解出原有系統(tǒng)函數(shù)，系統(tǒng)程序的保密性將大大地降低。問題三是用戶編寫程序的復(fù)雜性問題，一般專業(yè)的嵌入式工程師編寫的系統(tǒng)函數(shù)考慮到重用性，會把一些過程細分為多個子函數(shù)，普通用戶為實現(xiàn)一個功能也需要調(diào)用多個函數(shù)，對于二次開發(fā)十分不利。函數(shù)一般采用嵌入式專業(yè)術(shù)語進行命名，普通用戶很難通過函數(shù)名直接了解此函數(shù)具體的用途。

1 存在的問題與解決方法

圖1 基于嵌入式系統(tǒng)的二次開發(fā)程序結(jié)構(gòu)示意圖

　　二次開發(fā)接口的構(gòu)架如圖1所示，通過二次開發(fā)接口可以輕松地實現(xiàn)系統(tǒng)程序和用戶應(yīng)用程序的分離。

　　通過這種應(yīng)用程序和系統(tǒng)程序的分離方式，可以輕松地實現(xiàn)系統(tǒng)程序的升級和應(yīng)用程序的通用。

1.1 Flash存儲問題

　　系統(tǒng)程序中自帶函數(shù)Funtion1實體、Funtion3實體，如果用戶自己定制的應(yīng)用程序中還需使用到Funtion1和Funtion3這2個函數(shù)，則在編譯應(yīng)用程序文件的時候，編譯器會從系統(tǒng)提供的OBJ文件中把Funtion1和Funtion3這2個函數(shù)的實體再次編譯鏈接進入bin文件，從而造成bin文件的冗余。當(dāng)把應(yīng)用程序的bin文件燒錄至Flash中時會浪費大量的空間資源。其結(jié)果如圖2所示。

圖2 Flash ROM存儲結(jié)構(gòu)示意圖

　　針對Flash的冗余問題，筆者提出了一個方案，就是在應(yīng)用程序中保存的不是系統(tǒng)函數(shù)本身，而是其地址，當(dāng)運行到那個函數(shù)的時候則實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到指定地址，函數(shù)運行完成后跳轉(zhuǎn)回來，應(yīng)用程序繼續(xù)執(zhí)行下去。

1.2 系統(tǒng)函數(shù)的安全問題

　　因為使用基于1.1節(jié)中的地址直接跳轉(zhuǎn)方式，所以不需再向用戶提供函數(shù)體本身，而是提供函數(shù)體的地址，相對于原始方法來說進行反編譯更難。

1.3 簡化代碼編寫難度

　　可以針對用戶群進行函數(shù)的二次封裝，把一些實現(xiàn)整體動作的函數(shù)，重新打包成一個新的函數(shù)，函數(shù)名直接采用直譯方式命名，更易明白。比如顯示屏特定位置顯示字符的過程，可以直接把清屏、輸出指針移動、輸出字符這3個函數(shù)封閉在一起。

2 改進方案

　　在實現(xiàn)接口的設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)2個問題。第1個問題，在給用戶提供可用函數(shù)庫的時候需要提供所有函數(shù)的地址，對于二次接口的編寫者來說工作量比較大。第2個問題，在系統(tǒng)程序更新后，所有函數(shù)在Flash中存放的地址會發(fā)生變動，在更新以前編寫的應(yīng)用程序都需要重新定義函數(shù)地址才可以再次使用。這一點不利于用戶應(yīng)用程序的開發(fā)，沒有考慮到應(yīng)用程序的通用性。

　　通過研究中斷過程發(fā)現(xiàn)，可以借鑒DOS中斷響應(yīng)時的跳轉(zhuǎn)原理來解決以上2個問題。比如21號DOS的中斷調(diào)用：

MOV AH 4CH

INT 21H

是返回DOS系統(tǒng)的通過給AH寄存器賦值4CH，然后調(diào)用INT 21H指令，計算機就會根據(jù)AH寄存器中的值執(zhí)行相應(yīng)的操作。其中，4CH返回DOS系統(tǒng)，還可以給AH寄存器賦其他值[2]。

　　同理這里提出了一種基于上面函數(shù)地址跳轉(zhuǎn)的改進方法，即通過設(shè)置一個中間跳轉(zhuǎn)函數(shù)（這里函數(shù)名設(shè)置為SysCallLib）來解決接口的設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的 2個問題。改進的基于地址跳轉(zhuǎn)方法的實現(xiàn)效果如圖3所示。通過這種方法，把SysCallLib函數(shù)體固定在特定的地址，用戶只需要知道一個地址即可實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)。SysCallLib函數(shù)體內(nèi)部通過Case語句來實現(xiàn)內(nèi)部函數(shù)的跳轉(zhuǎn)。