μC/OS-II下通用驅(qū)動(dòng)框架的設(shè)計(jì)方案解析

　在μC/OS-II下，設(shè)計(jì)了一個(gè)通用的設(shè)備管理模型，稱為通用驅(qū)動(dòng)框架，通過(guò)該驅(qū)動(dòng)框架，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備的統(tǒng)一、一致的管理，同時(shí)，也為上層應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一、一致的設(shè)備訪問(wèn)接口，并在以ARM7TDMI-S為核心的LPC2210微控制器開(kāi)發(fā)板上給出了一例實(shí)現(xiàn)。
　　1、概述
　　在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中使用嵌入式操作系統(tǒng)可以提高應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率和提升嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性，因此，在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中使用嵌入式操作系統(tǒng)將成為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主流［1］。μC/OS-II是由美國(guó)學(xué)者Labrosse設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)秀的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)［2］，它是一個(gè)源碼公開(kāi)、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
　　μC/OS-II提供了操作系統(tǒng)必須具備的基本功能，包括：任務(wù)管理、信號(hào)量管理、郵箱管理、消息隊(duì)列管理、事件管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理，但它不提供設(shè)備管理和文件系統(tǒng)管理，已有研究者對(duì)μC/OS-II進(jìn)行了文件子系統(tǒng)功能擴(kuò)展［3］。
　　在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的有效管理也是一個(gè)非常重要的任務(wù)，因此，需要對(duì)μC/OS-II進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)這一功能。本文為μC/OS-II設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理的通用驅(qū)動(dòng)框架，在此框架下，可以屏蔽系統(tǒng)硬件的差異，在無(wú)約束地發(fā)揮硬件能力的前提下，為上層應(yīng)用提供了統(tǒng)一、一致的調(diào)用接口API，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的有效管理。
　　2、μC/OS-II下通用驅(qū)動(dòng)框架的基本模型
　　為了給上層應(yīng)用提供統(tǒng)一、一致的系統(tǒng)設(shè)備調(diào)用接口，需要對(duì)上層應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)設(shè)備的訪問(wèn)操作進(jìn)行抽象，在這方面，Unix系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)做得比較成功［4］［5］。本文借鑒了Unix及Linux系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮到嵌入式操作系統(tǒng)的特殊性，為μC/OS-II建立了如圖1所示的通用驅(qū)動(dòng)框架模型。在圖1所示的通用驅(qū)動(dòng)框架模型中，共包括三個(gè)層次：
　?。?）上層訪問(wèn)抽象接口層：在這一層，通過(guò)對(duì)設(shè)備訪問(wèn)操作的抽象，為上層應(yīng)用提供了5個(gè)訪問(wèn)接口API：UDFOpen、UDFRead、UDFWrite、UDFIoctrl、UDFClose，分別用于打開(kāi)設(shè)備、讀設(shè)備、寫設(shè)備、設(shè)備控制和關(guān)閉設(shè)備。
　　
　?。▓D1 通用驅(qū)動(dòng)框架模型）
　　（2）設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層：這是通用驅(qū)動(dòng)框架的核心，在這一層，為系統(tǒng)中的每個(gè)硬件設(shè)備分配唯一的設(shè)備名，上層應(yīng)用程序通過(guò)將設(shè)備名作為參數(shù)傳遞給UDFOpen函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)設(shè)備的核心管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定位尋址，通過(guò)尋址，UDFOpen函數(shù)得到相應(yīng)設(shè)備的核心管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并定位到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊，獲得相應(yīng)硬件設(shè)備的操作函數(shù)表，再通過(guò)上層訪問(wèn)抽象接口層的其他接口函數(shù)UDFRead、UDFWrite、UDFIoctrl和UDFClose實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一訪問(wèn)控制。
　?。?）硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊層：這一層是硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊功能的實(shí)現(xiàn)層，對(duì)各個(gè)硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)在相應(yīng)的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊中完成。各個(gè)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊，原則上需要實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)函數(shù)：devOpen、devRead、devWrite、devIoctrl和 devClose分別完成相應(yīng)設(shè)備的打開(kāi)、讀、寫、控制和關(guān)閉，當(dāng)然，可以根據(jù)具體設(shè)備的特性，只實(shí)現(xiàn)5個(gè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)的其中一部分，例如，如果某設(shè)備不支持寫操作，那么就不用實(shí)現(xiàn)devWrite函數(shù)。
　　下面，對(duì)該模型的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單描述：首先，在上層應(yīng)用程序可以訪問(wèn)硬件設(shè)備之前，需要首先打開(kāi)欲操作的設(shè)備，這可以通過(guò)調(diào)用“上層訪問(wèn)抽象接口層”的UDFOpen函數(shù)實(shí)現(xiàn)。上層應(yīng)用程序?qū)⒂蜷_(kāi)的設(shè)備的設(shè)備名傳遞給UDFOpen函數(shù)，UDFOpen函數(shù)通過(guò)該設(shè)備名從“設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”中得到相應(yīng)設(shè)備的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到相應(yīng)設(shè)備的操作函數(shù)表，并調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的devOpen函數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化，當(dāng)完成相應(yīng)設(shè)備的初始化后，UDFOpen函數(shù)返回給上層應(yīng)用程序一個(gè)句柄，這個(gè)句柄是上層應(yīng)用程序進(jìn)行后續(xù)設(shè)備操作的基礎(chǔ)。
　　現(xiàn)在假設(shè)上層應(yīng)用程序需要從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)，這是通過(guò)調(diào)用“上層訪問(wèn)抽象接口層”的UDFRead函數(shù)完成的：上層應(yīng)用程序?qū)DFOpen函數(shù)返回的設(shè)備句柄和相關(guān)的讀取參數(shù)傳遞給UDFRead函數(shù)，UDFRead函數(shù)通過(guò)該句柄從“設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”中得到相應(yīng)設(shè)備的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到相應(yīng)設(shè)備的操作函數(shù)表，并調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的devRead函數(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行讀取操作，當(dāng)完成讀取操作后，將讀取到的數(shù)據(jù)返回給上層應(yīng)用程序。其它的操作如UDFWrite、UDFIoctrl和UDFClose是類似的。