μCOS-II下通用驅(qū)動框架的設(shè)計與實現(xiàn)-UcOS-II

在卩C/OSII下，設(shè)計了一個通用的設(shè)備管理模型， 稱為通用驅(qū)動框架，通過該 驅(qū)動框架，可以實現(xiàn)對硬件設(shè)備的統(tǒng)一、一致的管理，同時，也為上層應(yīng)用程序 提供了統(tǒng)一、一致的設(shè)備訪問在卩C/OS-II下，設(shè)計了一個通用的設(shè)備管理模型，稱為通用驅(qū)動框架，通過該驅(qū)動 框架，可以實現(xiàn)對硬件設(shè)備的統(tǒng)一、一致的管理，同時，也為上層應(yīng)用程序 提供了統(tǒng)一、一致的設(shè)備訪問接口，并在以 ARM7TDMI-為核心的LPC2210微控制器開發(fā)板上給 出了一例實現(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)計主流⑴。卩 C/OSII是由美國學者 Labrosse設(shè)計的一個優(yōu)秀的嵌入式實 時操作系統(tǒng)[2]，它是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務(wù)操 作系統(tǒng)，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。卩C/OSII提供了操作系統(tǒng)必須具備的基本功能，包括：任務(wù)管理、信號量管理、郵箱 管理、消息隊列管理、事件管理、時間管理、內(nèi)存管理，但它不提供設(shè)備管理和文件系 統(tǒng)管理，已有研究者對卩C/OSII進行了文件子系統(tǒng)功能擴展⑻。在實際應(yīng)用中，對系統(tǒng)設(shè)備的有效管理也是一個非常重要的任務(wù)，因此，需要對卩C/OSII進行擴展，以實現(xiàn)這一功能。本文為卩C/OSII設(shè)計了一個對系統(tǒng)設(shè)備進行統(tǒng)一管理的通用驅(qū)動框架，在此框架下，可以屏蔽系統(tǒng)硬件的差異，在無約束地發(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，從而實現(xiàn)了對系統(tǒng)設(shè)備的有效管理。API2、卩C/OSII下通用驅(qū)動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， 需要對上層應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)設(shè)備 的訪問操作進行抽象，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，同時考慮到嵌入式操作系統(tǒng)的特殊性，為卩 C/OSII建立了如圖 1所示的通用驅(qū)動框架模型。 在圖1所示的通用驅(qū)動框架模型中， 共包括三 個層次： （1）上層訪問抽象接口層：在這一層，通過對設(shè)備訪問操作的抽象，為上層應(yīng)用提供 了5個訪問接口 API:UDFOpenUDFReadUDFWrite、UDFIoctrl、UDFCIose分別用于打開設(shè)備、讀設(shè)備、寫設(shè)備、設(shè)備控制和關(guān)閉設(shè)備。（圖i通用驅(qū)動框架模型）2）設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層：這是通用驅(qū)動框架的核心，在這一層，為系統(tǒng)中的每個硬件設(shè)備分配唯一的設(shè)備名，上層應(yīng)用程序通過將設(shè)備名作為參數(shù)傳遞給UDFOpen函數(shù)實現(xiàn)對相應(yīng)設(shè)備的核心管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定位尋址，通過尋址，UDFOpe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)動模塊，獲得相應(yīng)硬件設(shè)備的操作函數(shù)表，再通過上層訪問抽象接口層的其他接口函數(shù)UDFRea、UDFWrite、UDFIoctrl和UDFClose實現(xiàn)對設(shè)備的統(tǒng)一訪問控制。（3）硬件設(shè)備驅(qū)動模塊層：這一層是硬件設(shè)備驅(qū)動模塊功能的實現(xiàn)層，對各個硬件設(shè) 備的驅(qū)動在相應(yīng)的硬件設(shè)備驅(qū)動模塊中完成。各個硬件設(shè)備驅(qū)動模塊，原則上 需要實 現(xiàn)如下幾個函數(shù)：devOpendevReaddevWrite 、devIoctrl和devClose分別完成相 應(yīng)設(shè)備的打開、讀、寫、控制和關(guān)閉，當然，可以根據(jù)具體設(shè)備的特性，只實現(xiàn)

5

個驅(qū)動函數(shù)的其中一部分，例如，如果某設(shè)備不支持

寫操作，那么就不用實現(xiàn)

devWrite函數(shù)。下面，對該模型的工作原理進行簡單描述：首先，在上層應(yīng)用程序可以訪問硬件設(shè)備之前，需要首先打開欲操作的設(shè)備，這可以通過調(diào)用“上層訪問抽象接口層”的

UDFOpen函數(shù)實現(xiàn)。上層應(yīng)用程序?qū)⒂蜷_的設(shè)備的設(shè)備名傳遞給

UDFOpe

函數(shù)，

UDFOpe

函數(shù)通過該設(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)動模塊的 devOpen函數(shù)對設(shè)備進行初始化，當 完成相應(yīng)設(shè)備的初始化后，UDFOpe函數(shù)返回給上層應(yīng)用程序一個句柄，這個句柄是 上層應(yīng)用程序進行后續(xù)設(shè)備操作的基礎(chǔ)?，F(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)，這是通過調(diào)用“上層訪問抽象接口層”的UDFRea(函數(shù)完成的：上層應(yīng)用程序?qū)DFOpei函數(shù)返回的設(shè)備句柄和相關(guān)的讀取參數(shù)傳遞給UDFRea(函數(shù)，UDFRea(函數(shù)通過該句柄從“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)動模塊的(evRea(函數(shù)對設(shè)備進行讀取操作，當完成讀取操作后，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。3、卩C/OSII下通用驅(qū)動框架的實現(xiàn)3.1實現(xiàn)環(huán)境本文在以下的環(huán)境中實現(xiàn)了所設(shè)計的通用驅(qū)動框架：開發(fā)工具采用ARM公司的ADS1.2，目標板采用周立功公司開3、卩C/OSII下通用驅(qū)動框架的實現(xiàn)3.1實現(xiàn)環(huán)境本文在以下的環(huán)境中實現(xiàn)了所設(shè)計的通用驅(qū)動框架：開發(fā)工具采用ARM公司的ADS1.2，目標板采用周立功公司開發(fā)設(shè)計的以LPC2210為微控制器的SmartARM221開發(fā)板⑹。LPC2210是一顆以ARM7TDMI-為核心的微控制器，支持8位、16位、32位總線，具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，其中就包括兩個具有16BytesFIFO的UART接口和高速l2C接口。開發(fā)主機通過EasyJTAG連接目標板以建立交叉開發(fā)調(diào)試環(huán)境。3.2設(shè)備管理核心設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)如上文所述：通用驅(qū)動框架以“設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”為核心，它在模型中起著承上啟下的作用。設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括兩個結(jié)構(gòu)：UDFFrameworl和UDFOperations，定義如下：type(efstruct{INT8U(eviceName[UDF_MAX_NAME];/設(shè)/備名INT8U(eviceType;//1—塊設(shè)備,2—字符設(shè)備;INT8UcanShare(;//0---不可共享使用,1—可共享使用INT16UopenCount;//UDFOperationsop;//

對于共享設(shè)備，此字段為打開次數(shù)計數(shù) ;設(shè)備驅(qū)動模塊提供的設(shè)備操作函數(shù)表；}UDFFramework;該結(jié)構(gòu)描述了系統(tǒng)設(shè)備的特性， 包括：設(shè)備名、設(shè)備類型、 共享設(shè)備的打開計數(shù)、 設(shè)備操作函數(shù)表等，通過建立 UDFFramewor結(jié)構(gòu)的一個數(shù)組來描述系統(tǒng)中的所 有設(shè)備，并通過設(shè)備名字段deviceName實現(xiàn)對設(shè)備操作函數(shù)表 UDFOperations 結(jié)構(gòu)的尋地定位。 UDFOperations結(jié)構(gòu)定義如下：typedefstruct{INT32S(*devOpen)(void*pd);INT32S(*devRead)(INT8S*buffer,INT32Ublen,INT32UlenToRead,INT8UwaitType);INT32S(*devWrite)(INT8S*buffer,INT32UlenToWrite,INT8UwaitType);INT32S(*devIoctl)(INT32Utoo,void*pd);INT32S(*devClose)(void*pd);}UDFOperations;該結(jié)構(gòu)定義了相應(yīng)設(shè)備的操作函數(shù)表， 具體的操作函數(shù)的實現(xiàn)在相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動 模塊中提供，通過使用通用驅(qū)動框架的設(shè)備驅(qū)動安裝函數(shù)可以將設(shè)備驅(qū)動模塊安 裝至UUDFFramewor結(jié)構(gòu)中。3.3 上層訪問抽象接口層設(shè)計實現(xiàn) 基于設(shè)備管理核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，上層訪問抽象接口層為上層應(yīng)用提供了 5個API函數(shù)：UDFOpenUDFReadUDFWrite、UDFIoctrl、UDFClose本文以UDFOpen和UDFRead^例說明這些API函數(shù)的實現(xiàn)邏輯。UDFOpei函數(shù)的實現(xiàn)邏輯如下：INT32SUDFOpen(char*deviceName,void*pd){在UDFFramewor結(jié)構(gòu)數(shù)組中查找名為deviceName的設(shè)備；if(找到名為deviceName的設(shè)備){if(設(shè)備已被其它應(yīng)用打開 ){if(設(shè)備不可共享 )返回出錯信息并返回；else將設(shè)備的打開計數(shù)器 openCount加1}else{從UDFFramewor結(jié)構(gòu)中得到該設(shè)備的 UDFOperations結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)并調(diào)用該設(shè)備的 devOpen函數(shù)初始化該設(shè)備；將UDFFramewor結(jié)構(gòu)的數(shù)組下標作為句柄 handle返回給上層應(yīng)用程序；}}else{提示設(shè)備驅(qū)動未安裝并返回；}}UDFRea(函數(shù)的實現(xiàn)邏輯如下：INT32SUDFRead(INT32Uhandle,INT8S*buffer,INT32Ublen,INT32UlenToRead,INT8UwaitType){判斷參數(shù) handle句柄是否合法；if(handle合法)returnUDFF[handle].op.devRead(buffer,blen,lenToRead,waitType);else返回出錯信息并返回；}3.4 硬件設(shè)備驅(qū)動模塊的設(shè)計實現(xiàn)本文在該通用驅(qū)動框架下實現(xiàn)了驅(qū)動模塊。LPC2210的UART0

UART0S設(shè)備滿足

備和|2C16C550

接口設(shè)備CAT1025JI-30的EPROMK工業(yè)標準，具有 16Bytes的接收FIFO

備的和16Bytes的發(fā)送FIFO,本文采用 中斷方式接收數(shù)據(jù)、查 詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)，按照通用驅(qū)動框架設(shè)備驅(qū)動模塊的設(shè)計要求，

為UART

（實現(xiàn)了以下驅(qū)動函數(shù)：UARTOOpenUARTOReadUARTOWriteUARTOIoctrl 、UARTOCIose 并通過通用驅(qū)動框架的設(shè)備驅(qū)動程序安裝函數(shù) InstallDriver 將UART（驅(qū)動模塊安裝到UDFFramework吉構(gòu)數(shù)組中。