嵌入式系统硬件抽象层的建立及软件的可移植性设计

    关键词：设备驱动程序 嵌入式系统 软件设计 可移植性

1 嵌入式系统设计

　　由于嵌入式系统有着体积小、功能集中、可靠性高等优点，已被广泛地应用到日常生活的各个方面，如移动通信、工业控制、医疗器械，家用电器等。如何缩短嵌入式系统的开发周期，降低开发成本，以及提高产品的可靠性已成为嵌入式行业普遍关注的问题。在嵌入式系统设计中，通常采用以下设计方法。

（1）瀑布模式开发过程

　　瀑布模式开发过程工作模式简单，任务的划分协调及人员安排、物质材料的分配管理都比较容易。如图1所示，开发过程为从硬件到软件的流水线式进行。此类开发方式有以下特点：

　◇ 小系统，如利用8051控制的低速率信号采集等；(凹丫丫范文网fanwen.oyaya.net收集整理)

　◇ 开发所需人力、物力资源有限，一般1个或几个人即可完成；

　◇ 要求开发人员对软、硬件设计和制作都比较熟悉；

　◇ 对开发周期要求不高，此类开发过程无疑会使用最长的开发周期；

　◇ 在开发过程中，任一环节的阻塞都会影响其它环节的开发。

（2）V模式开发过程

　　V模式开发过程为一种并行的工作方式，任务的划分协调及人员安排、物质材料的分配都必须考虑不同工作内容，如图2 所示。

　　开发过程为硬件和软件同时进行，最后联合调试。此类开发方式有以下特点：

　◇ 大系统，如利用PowerPC等处理器设计的网络交换/访问设备；

　◇ 开发人力、物力资源比较丰富；

　◇ 开发人员分工比较明确，软件开发者可不需了解太多的硬件信息，而硬件开发人员对软件也可不做太多了解；

　◇ 有利于缩短开发周期；

　◇ 在开发过程中，软、硬件设计独立进行。 硬件开发的阻塞不会影响软件开发过程，同样，软件开发的阻塞不会影响硬件的开发过程。

但在V模式开发过程中，仍存在以下问题：

　◇ 设备驱动程序的可移值性差，与硬件和操作系统均有密切相关性；

　◇ 软件测试需要等硬件完成以后才能进行；

　◇ 对于每个设备驱动程序设计人员都需有软件和硬件的知识背景；

　◇ 在测试过程中，很难判断错误是由硬件还是由软件造成的。

　　为了克服V模式开发过程中的上述问题，本文将V模式开发过程稍作改进，增加了硬件抽象层，对系统软硬件起到隔离作用，从而提高系统软件的可移值性及有效地利用人力资源、缩短开发周期和提高产品的可靠性。

2 基于硬件抽象层的系统软件设计特性

（1）包含硬件抽象层的系统结构

　　比较图3和图4，硬件抽象层完全把系统软件和硬件部分隔离开来，这样就使得系统的设备驱动程序与硬件设备无关，从而大大提高了系统的可移植性。从软硬件测试角度来看，软硬件的测试工作都可分别基于硬件抽象层来完成，使得软硬件的测试工作的并行进行成为可能。在抽象层的定义方面，需要规定统一的软硬件接口标准，其设计工作需要基于系统需求来做，代码工作可由对硬件比较熟悉的人员来完成。抽象层一般应包含相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作、硬件设备的配置操作等功能。

（2）包含硬件抽象层的系统开发过程

　　如图