基于硬件隱藏思想設計MCF5307嵌入式系統驅動(dòng)程序
摘要:基于隱藏硬件思想設計MCF5307嵌入式系統硬件驅動(dòng)程序設計,這樣設計便于實(shí)現軟件復用,縮短軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間,對提高產(chǎn)品競爭能力有實(shí)際意義。
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/149063.htm關(guān)鍵詞:嵌入式系統;硬件隱藏;應用程序編程接口;驅動(dòng)程序
1引言
嵌入式系統軟件人員經(jīng)常讀取系統外設寄存器和控制寄存器,直接控制硬件,這樣對軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)是一種繁復的事,而且嵌入式微處理器內部集成外設種類(lèi)越來(lái)越多,如串口設備、時(shí)鐘/定時(shí)器設備、IIC總線(xiàn)等,對嵌入式編程帶來(lái)更多的困難。如果讀寫(xiě)硬件的語(yǔ)句散布在整個(gè)應用程序中或者不同的功能模塊可能會(huì )讀寫(xiě)同一個(gè)硬件,那么當系統硬件發(fā)生變動(dòng)時(shí),應用程序就必須全盤(pán)重寫(xiě)。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備驅動(dòng)程序。
在設計驅動(dòng)程序中盡量隱藏硬件,有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):①因為模塊化,軟件的總體結構更容易理解;
②只要是與某一個(gè)外設相互作用,必然是通過(guò)他的驅動(dòng)程序來(lái)起作用的,這樣查找錯誤和故障就更容易些;
③由硬件的變動(dòng)導致的軟件變化集中在設備驅動(dòng)程序上,這樣做有助于減少系統變動(dòng)時(shí)改變軟件設計工作量,盡量做到軟件復用,縮短開(kāi)發(fā)周期,這對提高產(chǎn)品競爭能力有實(shí)際意義。
2編寫(xiě)設備驅動(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(xiě)嵌入式系統驅動(dòng)程序時(shí),如何做到盡量隱藏硬件的方法和步驟。
(1)覆蓋設備的存儲映像控制及狀態(tài)設備寄存器數據結構
MCF5307的寄存器C語(yǔ)言描述文件是MCF5307.h,這個(gè)文件對MCF5307的系統寄存器和片上外設控制和狀態(tài)寄存器以結構或聯(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(lèi)型全局指針變量imm后就可以訪(fǎng)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(lèi)構造函數中對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的節拍中斷。
(2)跟蹤目前硬件和設備驅動(dòng)狀態(tài)的一組變量
驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)過(guò)程的第二步是確定變量來(lái)跟蹤硬件和設備驅動(dòng)的狀態(tài)。比如,要確定硬件是否已經(jīng)初始化過(guò)或跟蹤當前計數器的值。
設備的驅動(dòng)不只創(chuàng )建一個(gè)軟件設備,他們純粹是邏輯設備,在基本外圍硬件之上實(shí)現。容易設想從單獨鐘,正如在Windows下定時(shí)器編程一樣。系統的定時(shí)器應該被設置以產(chǎn)生一個(gè)周期性的時(shí)鐘節拍(tick),比如ms。設備驅動(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(cháng)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備的狀態(tài)的變量后,接下來(lái)是實(shí)際與設備交互和控制函數。首先從設備初始化例程開(kāi)始,把設備狀態(tài)設定到一個(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)設定類(lèi)型(周期的,還是非周期的)、周期參數、刪除定時(shí)器等。
(4)合起來(lái)為設備驅動(dòng)用戶(hù)提供API的一組例程
設備初始化后,開(kāi)始給設備驅動(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)鐘函數等具體的模塊函數。這些函數的集合就可以為設備驅動(dòng)應用程序提供一個(gè)統一的接口。
(5)中斷服務(wù)例程
確定外設的中斷服務(wù)例程入口地址以及安裝中斷向量。一些重要的后臺工作要由中斷服務(wù)例程來(lái)完成,合理的設置中斷可以很好的利用CPU,提高CPU的運行效率。MCF5307的中斷是由中斷基址寄存器VBR和各個(gè)外設控制寄存器共同決定的。
3在MCF5307上實(shí)現軟件時(shí)鐘




實(shí)現軟件定時(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(cháng)度,用鏈表管理時(shí)鐘,把時(shí)鐘的啟動(dòng)時(shí)刻轉換為剩余節拍數count和鏈表的位置關(guān)系。如圖1所示,當一個(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)鐘節拍數。在硬件產(chǎn)生的時(shí)鐘節拍中斷時(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(cháng)度和開(kāi)始時(shí)間,一旦他們被插入列表,就對應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(cháng)5ms,因此他晚5個(gè)節拍到期。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測試程序和運行結果
這段程序是在風(fēng)河公司(windriver)diab4.3g編譯器下編譯,并在SDS調試器下做調試運行,測試程

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