基于構件技術(shù)的嵌入式系統復用軟件設計
引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/83653.htm對嵌入式軟件構件平臺而言,其支撐平臺首先是一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統,其次為整個(gè)軟件構件的設計提供開(kāi)發(fā)工具和集成環(huán)境。在支撐平臺的設計過(guò)程中,可以借鑒領(lǐng)域工程的思想,將整個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統設計成一個(gè)系統級的軟件構件庫。這樣不但實(shí)現了嵌入式操作系統的可裁剪性,而且由于從嵌入式操作系統到應用程序的設計都是基于離散化的軟件構件,因此方便了嵌入式控制應用軟件設計時(shí)的集成和調試。為了方便軟件構件的管理,可以將系統級和應用級的軟件構件庫綜合成一個(gè)功能完備的軟件構件庫。它包括從嵌入式控制系統的系統層、支撐層和應用層所需的一切軟件構件,因而具有功能的完整性[1]。
1 嵌入式軟件構件平臺的體系結構
嵌入式軟件構件平臺的體系結構如圖1所示,它包括系統層、連接層(支撐層)和應用層3個(gè)部分。系統層屬于領(lǐng)域工程的范疇,它利用領(lǐng)域工程的分析方法對嵌入式控制系統進(jìn)行分析、抽象和提煉,并分解成相應的系統類(lèi)和應用類(lèi)功能模塊。連接層是一個(gè)嵌入式軟件構件平臺,它實(shí)現系統層和應用層之間的無(wú)縫連接,即提供軟件構件一個(gè)集成開(kāi)發(fā)平臺。應用層屬于應用工程的范疇,用戶(hù)根據實(shí)際的嵌入式控制系統的控制要求和目標,從軟件構件庫中選取所需軟件構件,經(jīng)集成后生成實(shí)際的嵌入式控制應用程序。
圖1 嵌入式軟件構件平臺的體系結構
2 嵌入式軟件構件平臺的設計
該軟件構件平臺是基于TMS320F2812 DSP芯片構建的一個(gè)構件化的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統。在設計時(shí)充分利用了平臺體系結構所述的設計思想,程序的可讀性和裁剪性非常好。其特點(diǎn)是:
?、?設計了操作系統和系統兩個(gè)數據結構。為了方便支撐平臺的設計和對系統資源的集中管理,設計了操作系統數據結構,該數據結構為平臺設計者獨占,用戶(hù)沒(méi)有訪(fǎng)問(wèn)該數據結構的權限;另外,為了便于用戶(hù)程序與操作系統之間的交互以及對系統資源的訪(fǎng)問(wèn)、申請,設計了系統數據結構。該數據結構用戶(hù)是可見(jiàn)的,也是應用程序訪(fǎng)問(wèn)操作系統的唯一途徑。
?、?配置了一個(gè)最小系統。其主要功能是當接到啟動(dòng)指令后對指令進(jìn)行確認并判斷啟動(dòng)方式;然后,根據啟動(dòng)方式完成微處理器的CPU寄存器和一些外圍寄存器的初始化,并且對操作系統和系統兩個(gè)數據結構進(jìn)行初始賦值。但它不能實(shí)現任何的控制功能,完成初始化后就處于系統掃描狀態(tài)。
?、?系統設計的任務(wù)數小于或等于16(即一個(gè)字長(cháng)),這樣一來(lái)任務(wù)的調度算法相對比較簡(jiǎn)單,而且完全能夠滿(mǎn)足嵌入式實(shí)時(shí)控制系統應用的要求。每一個(gè)任務(wù)指定唯一的優(yōu)先級,其任務(wù)優(yōu)先級與任務(wù)標識一致,優(yōu)先級越高的任務(wù)其優(yōu)先級ID就越低??晒┤蝿?wù)選擇的優(yōu)先級ID范圍是0~15,其中系統保留了最高和最低優(yōu)先級任務(wù)。通信及系統同步采用了信號量方式(可以擴展),設計了P操作和V操作兩種軟件構件,對系統進(jìn)行通信和同步管理;同時(shí),設計了創(chuàng )建任務(wù)和任務(wù)開(kāi)始兩個(gè)軟件構件,分別為任務(wù)的建立和結束提供系統管理。
?、?設計了任務(wù)調度、任務(wù)切換、任務(wù)上鎖、虛擬消息等軟件構件,實(shí)現系統對多任務(wù)的控制和管理。為了方便系統的任務(wù)切換,整個(gè)支撐平臺系統設計了兩類(lèi)堆棧——系統堆棧和任務(wù)堆棧。
2.1 構件接口軟件的設計
由于本構件裝配是采用語(yǔ)言組態(tài)的軟件構件集成方式,因此接口的定義類(lèi)似于組態(tài)入口參數序列。它主要包含軟件構件標識信息、軟件構件注冊信息及軟件構件的配置信息。標識信息識別目前所用的是哪一個(gè)軟件構件,并給出了軟件構件的切入點(diǎn)(虛擬地址指針);注冊信息包含軟件構件向操作系統申請的系統服務(wù)和系統資源,操作系統在得到注冊信息后,為軟件構件提供相應的系統服務(wù)和分配所需的系統資源;配置信息包括軟件構件在不同的系統狀態(tài)下所需的參數信息,它可以以數據或地址的狀態(tài)給出。接口類(lèi)軟件主要是完成應用程序與支撐平臺的交互,起到一個(gè)系統接口界面的作用,方便了用戶(hù)對支撐平臺的訪(fǎng)問(wèn)。它包括錯誤觀(guān)察WatchErr()、參數注冊SysCompReg、獲取整型量*GetAddN()、獲取浮點(diǎn)數*GetAddF()、獲取結構體*GetAddS()、取開(kāi)關(guān)量Sys_GetBit()、存開(kāi)關(guān)量Sys_BitGetvalue()、浮點(diǎn)數上/下限限幅Sys_Fmaxmin()、整型量上/下限限幅Sys_Nmaxmin()等函數。
2.2 系統配置類(lèi)軟件構件的設計
這類(lèi)構件在系統軟件集成時(shí)最多只能使用一次,主要完成系統資源的配置以及一些系統功能的啟用,包括系統開(kāi)始、系統結束、擴展、擴展內存等構件。
2.2.1 設計系統開(kāi)始構件
一個(gè)嵌入式控制應用程序必須包括且僅包括一個(gè)系統開(kāi)始構件,而且該構件位于軟件構件組態(tài)集成序列的末端。系統循環(huán)掃描一開(kāi)始時(shí),首先進(jìn)入的便是該構件。該構件的功能是根據系統所處的系統狀態(tài),對系統參數、程序空間進(jìn)行配置。其接口定義如下:
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