嵌入式操作系统中设备管理和驱动程序的开发

２０１３年第０１期　计算机光盘软件与应用　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　软件设计开发　嵌入式操作系统中设备管理和驱动程序的开发　张浩　（陕西宝成航空仪表有限责任公司，陕西宝鸡７２１００６）　

摘要：随着计算机技术的飞速发展，嵌入式操作系统广泛用于航空航天、工业控制、通讯等领域。其主要通过对计　算机及机电系统接口的管理来实现对其它设备的控制、监视和管理功能。本文介绍了中断技术、缓冲技术、通道技术以　及ＤＭＡ技术等四种嵌入式操作系统设备管理。并通过虚拟仪器ｌａｂｖｉｅｗ程序设计对嵌入式操作系统驱动程序进行了开发　设计。　关键词：嵌入式操作系统；设备管理；设备驱动程序开发　中图分类号：ＴＰ３６８．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９５９９（２ｏ１　３）Ｏ１—０２５１—０２　

１　嵌入式操作系统及其硬件设备　嵌入式操作系统（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｏｐｅｒｍｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，简称：　ＥＯＳ），是指在嵌入式系统中包含有操作系统的计算机系　统，它是嵌入式系统设计的核心，是控制、辅助系统运行　的重要单元。其主要包括软件层和硬件层。典型的嵌入式　系统如图１所示；　ＥＯＳ常见主要有ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ操作系统、嵌入　式Ｌｉｎｕｘ操作系统、ｖｘｗｏｒｋｓ操作系统、手机类的Ａｎｄｒｏｉｄ　操作系统、手机类ｉＯＳ操作系统、ｕＣｌｉｎｕｘ系统等。ＥＯＳ　可以分为实时性嵌入式操作系统以及非实时性嵌入式操　作系统。实时性主要是针对通信领域以及控制方面来进行　的，非实时性则主要是针对消费类进行的。硬件层主要包　括嵌入式处理器以及嵌入式外围设备，嵌入式处理器主要　包括微处理器、微控制器、ＤＳＰ处理器（即数字信号处理　器）、嵌入式片上系统芯片等具有控制功能的硬件设备。　嵌入式外围设备则是指除了嵌入式微处理器之外的硬件　设备，主要包括用于存储功能的存储设备、用于通信连接　功能的通讯设备以及显示类设备等。　２嵌入式操作系统中设备管理　Ｅ０Ｓ中设备管理主要是指对嵌入式操作系统中的嵌　入式处理器（包括微处理器、微控制器、ＤＳＰ处理器以及　嵌入式片上系统芯片）以及嵌入式外围设备进行管理。嵌　入式外围设备具体包括：ＲＯＭ存储器、ＲＡＭ存储器、　ＳＲＡＭＤＲＡＭ存储器、ＦＬＡＳＨ存储器、ＥＰＲＯＭ存储器、　嵌入式计算机与机电系统接口（如串口、以太网接口、Ｉ２Ｃ　接口、ＵＳＢ接口以及红外接口等）、触摸屏幕、ＬＣＤ显示　屏幕等。嵌入式微处理器的设计是基于计算机系统的处理　器进行的，主要包括Ｐｏｗｅｒ　ＰＣ、Ａｍｌ８６／８８、ＡＲＭ等；嵌　入式微控制器多用于工业方面的控制，实现嵌入式微控制　器扩展功能的模块主要包括Ｉ／Ｏ接口、Ｄ／Ａ与Ａ／Ｄ转换　接口等。嵌入式片上系统芯片主要包括ＣＰＵ单元（中央　一２５】一　处理器）、外部电路、外部接口、存储模块等。　对设备进行管理的目的主要有两方面：第一是通过对　设备的管理使设备的利用率得到提高；第二是通过对设备　的管理使得操作系统更简洁、友好，有利于操作方式简便、　统一。首先关于设备的利用率，是通过中断技术、缓冲技　术、通道技术以及ＤＭＡ技术等对系统各种设备统一管理，　可以提高Ｉ／Ｏ接口以及ＣＰＵ等运行效率。　在计算机应用中，ＥＯＳ的设备管理即是对计算机进行　控制，本文主要从计算机控制角度介绍ＥＯＳ的设备管理。　计算机设备控制管理技术是一种主要作用于嵌入式计算　机及机电系统接口应用中的技术，主要包括中断技术、缓　冲技术、通道技术以及ＤＭＡ技术等。中断技术是指在嵌　入式系统中，通过中断驱动的方式对Ｉ／Ｏ接口进行管理控　制，流程是检测Ｉ／Ｏ接口控制器所处状态，或出错或准备　就绪、读取指令，然后向ＲＡＭ写入指令，或传送完成或　没有完成，没有完成便向Ｉ／Ｏ接口控制器发送一条指令；　缓冲技术可以用来减少ＣＰＵ与Ｉ／Ｏ接口匹配不符的矛盾，　缓冲系统主要分为硬件缓冲以及软件缓冲，硬件缓冲是指　用作缓冲器功能的专用寄存器，软件缓冲是指ＥＯＳ中划　出的用于缓冲的区域，缓冲也可分为循环缓冲、单缓冲以　及双缓冲等；通道技术是指与设备控制器一起，通过通道　程序实现对Ｉ／０接口的控制管理，其特点是指令中含有的　信息量较大，对Ｉ／Ｏ接口的指令主要分为Ｉ／Ｏ指令和通道　指令；ＤＭＡ技术即直接存储器访问模式，可以进一步使　ＣＰＵ对Ｉ／Ｏ接口干预减少，主要包含数据预处理、传送数　据、数据后处理等阶段。　３嵌入式操作系统中设备驱动程序的开发　关于Ｅ０Ｓ中设备驱动程序的开发，本文主要基于的　驱动程序开发环境是虚拟仪器ｌａｂｖｉｅｗ程序设计，并且涉　及ＤＳＰ应用以及捷联惯导系统（ＳＩＮＳ）中陀螺仪信号的　检测和分析等。　Ｌａｂ　ｖｉｅｗ是程序开发环境的一种，由美国国家仪器公　司（ＮＩ公司）研发，　Ｌａｂ　ｖｉｅｗ编程系统的函数库主要包　括采集数据、分析数据、显示数据、存储数据、ＧＰＩＢ以　及串口控制等。与Ｃ、Ｂａｓｉｃ等开发环境相比较，Ｌａｂ　ｖｉｅｗ　的不同之处在于其所使用的计算机开发语言为基于图形　化编辑的Ｇ语言，其产生的驱动程序形式为框架图形式，　而其他计算机语言如Ｃ语言等，大部分是基于文本格式。　虚拟仪器即ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ是一种数据采集系统，它的　软件设计开发　计算机光盘软件与应用　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ＣＤ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌ　ｉｃａｔ　ｉｏｎｓ　２０１３年第０ｌ期　

组织依据是仪器的需求。虚拟仪器主要应用于Ｌａｂ　ｖｉｅｗ　编程系统，主要依据的理论原理是ＤＳＰ以及计算机数据　采集。　在ｌａｂ　ｖｉｅｗ中开发设备驱动主要有三种方法：直接对　端口进行读写、通过ＣＬＦ（ＣａｌｌＬｉｂｒａｒｙＦｕｎｃｔｉｏｎ）节点调　用ＤＬＬ函数，以及通过Ｃ１Ｎ节点调用由Ｃ语言编写的程　序，　基于ＥＯＳ中设备驱动程序开发的ｌａｂ　ｖｉｅｗ程序设计　步骤主要包括：分析ＥＯＳ设备驱动程序开发任务（包括　分析开发最终目标、会出现的问题以及解决方案等），将　虚拟仪器嵌入Ｌａｂ　ｖｉｅｗ编程系统（ＤＳＰ应用以及捷联惯　导系统中陀螺仪信号的检测和分析），对算法进行设计（主　要包括选择程序开发过程中的算法以及详细步骤等），进　行编程程序（将算法编写成为计算机Ｇ语言，并编辑、　翻译、连接源程序），调试程序（对编写出来的ＥＯＳ设备　驱动程序进行试运行，并分析其结果，如果有不符合要求　的地方，对其进行调试），记录程序设计步骤并编制说明　书。　捷联惯导系统中陀螺仪信号的检测和分析主要是指　对陀螺仪表等惯性元件的原始信号进行传感、测试度量、　数据采集、数据分析的步骤。ＤＳＰ是用数字形式对信号进　行处理的技术，处理方式主要包括分析处理、滤波处理、　变换处理、检测处理、解调处理、快速计算以及调试处理　等。ＤＳＰ设计包括预设数据以及信号指标，语言模拟，　ＤＳＰ硬件设计，ＤＳＰ软件设计等　ＤＳＰ主要应用于处理　信号、处理语音、处理图像、仪器仪表信号处理、军事、　医疗等方面，ＤＳＰ技术也可以应用于仪器仪表的信号检测　和分析中。　４、结论　本文通过对嵌入式操作系统硬件设备以及驱动程序　的研究，深入浅出地阐述了嵌入式操作系统中设备的机　制、类型；管理的对象、目的以及控制技术；重点介绍了　虚拟仪器ｌａｂ　ｖｉｅｗ程序对设备驱动程序开发的概念、特点、　通用设计方法、流程以及在航空、航天等军事惯性导航领　域的应用。　参考文献：　［１］金伟正，金汤．嵌入式操作系统Ｖｉｓｕａｌ　ＤＳＰ＋＋Ｋｅｒｎｅｌ　的原理与应用Ｕ］．电气电子教学学报，２０１１，２：９５—９７．　［２］徐炎．基于ＤＳＰ的嵌入式实时操作系统的设计研究　Ｕ】．信息与电脑（理论版），２０１０，３：１４５—１４６．　［３］仇成群．基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ设计的虚拟仪　器卟制造技术与机床，２００８，１０：８５　８７．　［４］孔军．嵌入式操作系统实时性研究与改进Ⅱ】．黑龙江　科技信息，２００８，２：３８．　

（上接第２５０页）　还要将软件测试贯彻到每一个环节中，进而早对错误进行　发现和预防。　（２）测试用例选择的过程中要有输入数据和以及和　输入数据相对应的预期输出结果，具体来看，在我们进行　软件测试的过程中要选择比较适合程序段的测试用例，这　些用例可以对程序员所编制的程序是否存在错误进行分　析，而给出预期的输出结果则可以对程序段是否存在错误　进行更为快捷的判断。　（３）要避免程序员对自己的程序进行测试，在软件　测试的过程中，冷静的情绪以及客观的态度是不可避免　的，而人又很难对自己的劳动成果进行否定，因此在程序　员对自己程序进行检查的过程中会从主观上出现偏差，导　致测试结果不准确、不客观。　（４）设计测试用例的过程中要注意使用不合理输入　套件，所谓不合理输入条件主要包括输入异常或者会导致　异变的条件。在软件正常使用的过程中，不合理输入是不　可避免的，轻则会导致运算错误，严重的时候甚至会使软　件失效。　（５）对测试工作中的群集现象进行注意，针对测试　过程中错误较多的程序段，要对其进行详细认真的检查，　这是因为从经验上看，程序段中残存的错误于己发现的错　误往往会成正比。　（６）对测试要认真执行，这是指我们要做好一个详　细的规划，具体来说，规划主要包括：软件功能、输入、　输出以及每一功能测试的进度安排等。　（７）对测试计划、用例、出错统计以及分析报告等　进行妥善的保管，进而为日后的软件维护提供更为便捷的　服务。　总体来看，在我们的工作中如果能够把握住以上原则　必然能够对提升测试工作的效果起到很强促进作用。　６结语　在软件开发工程中，软件测试属于一个重要的环节，　一旦缺乏了这一环节，所开发出的产品必然难以满足用户　的要求。本文关于软件测试必要性的分析还存在很多不足　之处，也希望各位测试人员能够对其进行补充及指正，进　而共同促进这方面研究水平的提升。　参考文献：　【１】李娇．自动测试平台Ａｅｇｉｓ的研究与实现　．电子科　技大学，２０１２．　［２］王彝．ＣＧＳＰ网格服务自动化测试技术研究与实现　ｐ］．西北工业大学，２０１２．　［３］韩振斌．基于网格系统的自动化测试系统的研究与　实现　．西北工业大学，２０１１．　［４］徐崇浪．集群系统自动化测试技术研究及其工具开　发嘲．西北工业大学，２０１０　

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