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。

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