淺析嵌入式μC設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、淺析嵌入式(3設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)淺析嵌入式 C/OS- n設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是任何操作系統(tǒng)的必不可少的、最保密的一個(gè) 組成部分，它們實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有附屬設(shè)備的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，它 包含與硬件直接相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。從廣義上說(shuō)，”驅(qū)動(dòng)程序”是指 一些函數(shù)的集合，這些函數(shù)都能對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。本文簡(jiǎn)單分 析了 C/OS-n下設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是任何操作系統(tǒng)的必不可少的、最保密的一個(gè)組 成部分，它們實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有附屬設(shè)備的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，它包 含與硬件直接相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。從廣義上說(shuō)，”驅(qū)動(dòng)程序”是指一 些函數(shù)的集合，這些函數(shù)都能對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行操作。驅(qū)動(dòng)程序的概 念在

2、沒(méi)有固定的操作系統(tǒng)的時(shí)候，是一個(gè)比較模糊的定義。簡(jiǎn)單地 理解就是提供了一個(gè)軟件到硬件（也能夠是虛擬硬件）操作的函 數(shù)。一般主要應(yīng)該包括:設(shè)備初始化、設(shè)備的讀寫(xiě)（輸入輸出）、設(shè) 備的控制等信息。在“ C/OS- n下沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口 一一不 像windows或者linux下經(jīng)過(guò)設(shè)備文件的定義模式，因此，把一些對(duì) 硬件操作是經(jīng)過(guò)一般的函數(shù)來(lái)完成的，叫成”驅(qū)動(dòng)程序”也不為 過(guò)。簡(jiǎn)介外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序是實(shí)時(shí)內(nèi)核和硬件之間的接口，是連接底層硬件和內(nèi) 核的紐帶。編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序模塊應(yīng)滿足以下主要功能：對(duì)設(shè)備初始化；把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù) 據(jù)；

3、監(jiān)測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的異常。由于在“ C/OS-II下沒(méi)有統(tǒng) 一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，在該操作系統(tǒng)中設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)主要是 經(jīng)過(guò)一些對(duì)硬件操作的函數(shù)來(lái)完成。MC/os-n操作系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的硬件初始化基于“C/OS- II的應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí),首先把CPU初始 化;接著進(jìn)行操作系統(tǒng)初始化，主要完成任務(wù)控制塊(TCB )初始 化、TCB優(yōu)先級(jí)表初始化、空任務(wù)的創(chuàng)立等;然后開(kāi)始創(chuàng)立新任 務(wù)，并可在新創(chuàng)立的任務(wù)中再創(chuàng)立其它的新任務(wù);最后調(diào)用OSST ART()函數(shù)啟動(dòng)多任務(wù)調(diào)度。當(dāng)“ C/OS-II實(shí)際移植到具體的硬件平臺(tái)中時(shí)，系統(tǒng)初始化時(shí) 還要進(jìn)行硬件的初始化。主函數(shù)是系統(tǒng)啟動(dòng)首先執(zhí)行的一個(gè)函數(shù)， 在啟動(dòng)

4、“ C/OS II之前，要屏蔽所有中斷,并對(duì)全局變量初始化，防 止運(yùn)行出錯(cuò)。硬件初始化主要包括中斷初始化，串口、鍵盤(pán)、顯示 等設(shè)備初始化?！?C/OS II的初始化經(jīng)過(guò)調(diào)用OSInit()函數(shù)，為OS 分配任務(wù)隊(duì)列、優(yōu)先級(jí)狀態(tài)表和準(zhǔn)備狀態(tài)表，初始化全局變量,而且 創(chuàng)立一個(gè)空循環(huán)任務(wù)。接下來(lái)，在啟動(dòng)“ C/OS II前調(diào)用 OSTaskCreate()創(chuàng)立所有用戶任務(wù)，并置準(zhǔn)備態(tài)，創(chuàng)立任務(wù)時(shí)，要指定 每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、堆棧大小和位置、任務(wù)函數(shù)入口。調(diào)用 OS2Start()啟動(dòng)“ C/OS一11。從就緒隊(duì)列中找到優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù), 作為當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行。流程如圖所示。MC/OS-n操作系統(tǒng)對(duì)硬件的操

5、作和控制3.1函數(shù)控制硬件前面已經(jīng)提到過(guò),不像其它的操作系統(tǒng)，在 C/OS11中沒(méi)有 統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，因此對(duì)硬件的操作和控制能夠經(jīng)過(guò)函數(shù)來(lái)完 成。在啟動(dòng)過(guò)程中完成硬件初始化后，系統(tǒng)創(chuàng)立一個(gè)空循環(huán)任務(wù)，然 后就能夠調(diào)用OSTaskCreate()創(chuàng)立用戶任務(wù)，在任務(wù)用戶任務(wù)中選 擇要控制的硬件，選擇最佳的控制方法，調(diào)用用戶自己編寫(xiě)的函數(shù)來(lái) 完成。3.2 BSPBSP（板級(jí)支持包）是介于底層硬件和操作系統(tǒng)之間的軟件層次, 它完成系統(tǒng)上電后最初的硬件和軟件初始化,并對(duì)底層硬件進(jìn)行封 裝，使得操作系統(tǒng)不再面對(duì)具體的操作。為“C/OS-II編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的BSP。它首先設(shè)置CPU內(nèi)部寄存器 和系統(tǒng)堆棧

6、，并初始化堆棧指針，建立程序的運(yùn)行和調(diào)用環(huán)境；然后 能夠方便地使用C語(yǔ)言設(shè)置硬件的配置環(huán)境，并編制相應(yīng)的操作函 數(shù)，為操作系統(tǒng)調(diào)用提供統(tǒng)一的接口 ；在CPU、板級(jí)和程序自身初 始化完成后，就能夠把CPU的控制權(quán)交給操作系統(tǒng)了。實(shí)際應(yīng)用舉例既然在“ C/OS-II下沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口，系統(tǒng)對(duì)硬件的 控制是經(jīng)過(guò)一些對(duì)硬件操作的函數(shù)來(lái)完成的。下面以在“ C/OS-II 實(shí)時(shí)內(nèi)核下驅(qū)動(dòng)程序讀取A/D的三種方法，分析在實(shí)際的工程實(shí)踐 中 C/OS-II設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以及在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的 一些問(wèn)題。以一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，硬件環(huán)境基于C8051F015單片 機(jī)。A/D轉(zhuǎn)換是單片機(jī)數(shù)據(jù)

7、采集系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)時(shí)內(nèi)核下 A/D驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間。我 們首先比較和分析 C/OS-II下A/D采樣數(shù)據(jù)的三種方法;其次介 紹C8051F015單片機(jī)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的配置及特點(diǎn)；最后，在 C/OS-II內(nèi)核移植到8位單片機(jī)C8051F015的基礎(chǔ)上，介紹編寫(xiě) A/D驅(qū)動(dòng)程序的一般思路和方法。4.1 “ C/OS-II實(shí)時(shí)內(nèi)核下的A/D讀取方法實(shí)時(shí)內(nèi)核下，驅(qū)動(dòng)程序采用什么方法讀取A/D采樣數(shù)據(jù)是首先 考慮的問(wèn)題。許多因素將影響讀取A/D,如 A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間、模擬 值的轉(zhuǎn)換頻率、輸入通道數(shù)等,但最主要的是取決于A/D的轉(zhuǎn)換時(shí) 間。典型的A/D轉(zhuǎn)換電路由模