關(guān)于驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的5個(gè)小技巧

每個(gè)嵌入式軟件應(yīng)用程序必須在某個(gè)時(shí)刻訪問最低級(jí)別的固件并控制硬件。驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)對(duì)于確保系統(tǒng)滿足其實(shí)時(shí)要求至關(guān)重要。以下是每個(gè)開發(fā)人員在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)應(yīng)考慮的五個(gè)提示。

提示1 -使用設(shè)計(jì)模式

設(shè)計(jì)模式是一個(gè)解決方案在軟件中反復(fù)出現(xiàn)的問題。開發(fā)人員可以從頭開始重新構(gòu)建解決方案，浪費(fèi)寶貴的時(shí)間和預(yù)算，或者可以打開他的解決方案工具箱并選擇最適合問題的解決方案。自微處理器誕生以來，低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)出現(xiàn)并且是一個(gè)很好理解的問題。為什么不利用現(xiàn)有的解決方案？

驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)模式通常分為四類;位爆炸，輪詢，中斷驅(qū)動(dòng)和直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）。當(dāng)微控制器沒有內(nèi)部外圍設(shè)備來執(zhí)行功能或者所有這些內(nèi)部外圍設(shè)備都已用完并且還需要一個(gè)外部設(shè)備時(shí)，開發(fā)人員會(huì)選擇位爆炸模式。 Bit bang解決方案可以高效，但通常需要相當(dāng)多的軟件開銷才能實(shí)現(xiàn)該功能。有點(diǎn)爆炸模式讓開發(fā)人員手動(dòng)實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議或外部行為。

輪詢模式只是以循環(huán)方式監(jiān)視事件。輪詢模式對(duì)于簡單系統(tǒng)很有用，但許多現(xiàn)代應(yīng)用程序需要中斷。中斷提供了在事件發(fā)生時(shí)處理事件的能力，而不是等待代碼手動(dòng)檢查事件。 DMA模式允許另一個(gè)外設(shè)處理數(shù)據(jù)傳輸需求，讓驅(qū)動(dòng)程序可以放手。

技巧2 -了解實(shí)時(shí)行為

實(shí)時(shí)系統(tǒng)滿足最后期限的能力始于其驅(qū)動(dòng)程序。編寫得不好的驅(qū)動(dòng)程序效率低下，并且為不知情的開發(fā)人員提供了破壞其系統(tǒng)性能的潛力。驅(qū)動(dòng)程序有兩種，設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮;阻止和非阻塞。阻止驅(qū)動(dòng)程序會(huì)阻止任何其他軟件執(zhí)行，直到驅(qū)動(dòng)程序完成其工作。例如，USART驅(qū)動(dòng)程序可能會(huì)將一個(gè)字符放入發(fā)送緩沖區(qū)，而不是繼續(xù)前進(jìn)，在繼續(xù)之前等待發(fā)送結(jié)束標(biāo)志。

另一方面，非阻塞驅(qū)動(dòng)程序通常會(huì)利用中斷來執(zhí)行其功能。中斷的使用可防止驅(qū)動(dòng)程序在等待事件發(fā)生時(shí)阻止軟件執(zhí)行。 USART驅(qū)動(dòng)程序可能會(huì)在發(fā)送緩沖區(qū)中放入一個(gè)字符，然后主軟件會(huì)轉(zhuǎn)到下一條指令。傳輸結(jié)束標(biāo)志的設(shè)置會(huì)導(dǎo)致中斷觸發(fā)，允許驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行下一步操作。

無論何種類型，都要保持實(shí)時(shí)性能并幫助防止系統(tǒng)故障開發(fā)人員必須了解其驅(qū)動(dòng)程序的平均和最差情況執(zhí)行時(shí)間。系統(tǒng)的完整性可能受到威脅，如果系統(tǒng)對(duì)安全至關(guān)重要，可能會(huì)更多。

提示3 -重新設(shè)計(jì)

時(shí)間和預(yù)算很短，為什么要重新發(fā)明輪子？重用，可移植性和可維護(hù)性是驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求。通過設(shè)計(jì)和使用硬件抽象層可以解決許多這些功能。

硬件抽象層（HAL）為開發(fā)人員提供了一種創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)接口來控制微控制器外設(shè)的方法。抽象隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，而是提供了可見的功能，例如 Usart_Init 和 Usart_Transmit 。我們的想法是，任何USART，SPI，PWM或其他外設(shè)都具有所有微控制器都支持的通用功能。 HAL的使用隱藏了低級(jí)別，特定于設(shè)備的細(xì)節(jié)，允許應(yīng)用程序開發(fā)人員專注于應(yīng)用程序需求，而不是低級(jí)硬件如何工作。同時(shí)，HAL提供了一個(gè)可以重復(fù)使用的容器。

提示4 -參考數(shù)據(jù)表

微控制器在過去幾年中變得有點(diǎn)復(fù)雜。曾幾何時(shí)，人們可能想知道的關(guān)于微控制器的所有內(nèi)容都包含在由500頁左右的單個(gè)數(shù)據(jù)表中。今天的32位微控制器通常包含數(shù)據(jù)表，包括部件數(shù)據(jù)表，系列數(shù)據(jù)表，以及每個(gè)外設(shè)的數(shù)百頁，以及所有勘誤表。如果開發(fā)人員真的想要完全理解該部分，那么他們需要完成幾千頁的文檔。

不幸的是，所有這些數(shù)據(jù)表都需要真正實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序。開發(fā)人員應(yīng)該在每個(gè)數(shù)據(jù)表及其中包含的信息中收集和排序。通常需要咨詢其中的每一個(gè)以使外圍設(shè)備啟動(dòng)并運(yùn)行。每種類型的數(shù)據(jù)表都會(huì)散布（和隱藏）關(guān)鍵信息。

提示5 -小心外圍故障

我最近有機(jī)會(huì)移植一些從一個(gè)微控制器系列到另一個(gè)系列的驅(qū)動(dòng)器。制造商和數(shù)據(jù)表均表明PWM外設(shè)在兩個(gè)系列之間是相同的。另一方面，運(yùn)行PWM驅(qū)動(dòng)器表明，盡管有這種斷言，但兩者之間存在很大差異。司機(jī)在原始部件上工作，而不是在新部件上工作。

在仔細(xì)閱讀了數(shù)據(jù)表之后，我在一個(gè)完全不相關(guān)的數(shù)據(jù)表中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)腳注，即上電時(shí)的PWM外設(shè)處于故障狀態(tài)，并且需要清除隱藏在混淆寄存器中的單個(gè)位。

在驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)開始時(shí)，識(shí)別外圍故障和任何看似無關(guān)的故障寄存器。

更進(jìn)一步

驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵組件。為了進(jìn)一步探索驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)模式以及如何構(gòu)建可以訪問互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)，請(qǐng)考慮參加我在EDN姊妹刊物 Design News 上關(guān)于“設(shè)計(jì)模式和互聯(lián)網(wǎng)”的下一個(gè)CEC課程。 2015年10月19日這一周。我們將在STM32上介紹I2C設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，并使用Electric Imp創(chuàng)建一個(gè)連接互聯(lián)網(wǎng)的氣象站。