嵌入式操作系統(tǒng)中設(shè)備管理和驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)廣泛用于航空航天.工業(yè)控制.通訊等領(lǐng)域.其主要通過對(duì)計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口的管理來實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的控制.監(jiān)視和管理功能.本文介紹了中斷技術(shù).緩沖技術(shù).通道技術(shù)以及DMA 技術(shù)等四種嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)備管理.并通過虛擬儀器labview 程序設(shè)計(jì)對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì).

1 嵌入式操作系統(tǒng)及其硬件設(shè)備

嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System,簡稱：

EOS），是指在嵌入式系統(tǒng)中包含有操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，是控制.輔助系統(tǒng)運(yùn)行的重要單元.其主要包括軟件層和硬件層.典型的嵌入式系統(tǒng)如圖1 所示；

圖1

EOS 常見主要有Windows Embedded 操作系統(tǒng).嵌入式Linux 操作系統(tǒng).VxWorks 操作系統(tǒng).手機(jī)類的Android操作系統(tǒng).手機(jī)類iOS 操作系統(tǒng).uClinux 系統(tǒng)等.EOS可以分為實(shí)時(shí)性嵌入式操作系統(tǒng)以及非實(shí)時(shí)性嵌入式操作系統(tǒng).實(shí)時(shí)性主要是針對(duì)通信領(lǐng)域以及控制方面來進(jìn)行的，非實(shí)時(shí)性則主要是針對(duì)消費(fèi)類進(jìn)行的.硬件層主要包括嵌入式處理器以及嵌入式外圍設(shè)備，嵌入式處理器主要包括微處理器.微控制器.DSP 處理器（即數(shù)字信號(hào)處理器）.嵌入式片上系統(tǒng)芯片等具有控制功能的硬件設(shè)備.

嵌入式外圍設(shè)備則是指除了嵌入式微處理器之外的硬件設(shè)備，主要包括用于存儲(chǔ)功能的存儲(chǔ)設(shè)備.用于通信連接功能的通訊設(shè)備以及顯示類設(shè)備等.

2 嵌入式操作系統(tǒng)中設(shè)備管理

EOS 中設(shè)備管理主要是指對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)中的嵌入式處理器（包括微處理器.微控制器.DSP 處理器以及嵌入式片上系統(tǒng)芯片）以及嵌入式外圍設(shè)備進(jìn)行管理.嵌入式外圍設(shè)備具體包括：ROM 存儲(chǔ)器.RAM 存儲(chǔ)器.SRAMDRAM 存儲(chǔ)器.FLASH 存儲(chǔ)器.EPROM 存儲(chǔ)器.嵌入式計(jì)算機(jī)與機(jī)電系統(tǒng)接口（如串口.以太網(wǎng)接口.I2C接口.USB 接口以及紅外接口等）.觸摸屏幕.LCD 顯示屏幕等.嵌入式微處理器的設(shè)計(jì)是基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理器進(jìn)行的，主要包括Power PC.Aml86/88.ARM 等；嵌入式微控制器多用于工業(yè)方面的控制，實(shí)現(xiàn)嵌入式微控制器擴(kuò)展功能的模塊主要包括I/O 接口.D/A 與A/D 轉(zhuǎn)換接口等.嵌入式片上系統(tǒng)芯片主要包括CPU 單元（中央處理器）.外部電路.外部接口.存儲(chǔ)模塊等.

對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理的目的主要有兩方面：第一是通過對(duì)設(shè)備的管理使設(shè)備的利用率得到提高；第二是通過對(duì)設(shè)備的管理使得操作系統(tǒng)更簡潔.友好，有利于操作方式簡便.統(tǒng)一.首先關(guān)于設(shè)備的利用率，是通過中斷技術(shù).緩沖技術(shù).通道技術(shù)以及DMA技術(shù)等對(duì)系統(tǒng)各種設(shè)備統(tǒng)一管理，可以提高I/O 接口以及CPU 等運(yùn)行效率.

在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，EOS 的設(shè)備管理即是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，本文主要從計(jì)算機(jī)控制角度介紹EOS 的設(shè)備管理.

計(jì)算機(jī)設(shè)備控制管理技術(shù)是一種主要作用于嵌入式計(jì)算機(jī)及機(jī)電系統(tǒng)接口應(yīng)用中的技術(shù)，主要包括中斷技術(shù).緩沖技術(shù).通道技術(shù)以及DMA 技術(shù)等.中斷技術(shù)是指在嵌入式系統(tǒng)中，通過中斷驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)I/O 接口進(jìn)行管理控制，流程是檢測I/O 接口控制器所處狀態(tài)，或出錯(cuò)或準(zhǔn)備就緒.讀取指令，然后向RAM 寫入指令，或傳送完成或沒有完成，沒有完成便向I/O 接口控制器發(fā)送一條指令；緩沖技術(shù)可以用來減少CPU 與I/O 接口匹配不符的矛盾，緩沖系統(tǒng)主要分為硬件緩沖以及軟件緩沖，硬件緩沖是指用作緩沖器功能的專用寄存器，軟件緩沖是指EOS 中劃出的用于緩沖的區(qū)域，緩沖也可分為循環(huán)緩沖.單緩沖以及雙緩沖等；通道技術(shù)是指與設(shè)備控制器一起，通過通道程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)I/O 接口的控制管理，其特點(diǎn)是指令中含有的信息量較大，對(duì)I/O 接口的指令主要分為I/O 指令和通道指令；DMA 技術(shù)即直接存儲(chǔ)器訪問模式，可以進(jìn)一步使CPU 對(duì)I/O 接口干預(yù)減少，主要包含數(shù)據(jù)預(yù)處理.傳送數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)后處理等階段.

3 嵌入式操作系統(tǒng)中設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)關(guān)于EOS 中設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)，本文主要基于的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器labview 程序設(shè)計(jì)，并且涉及DSP 應(yīng)用以及捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS）中陀螺儀信號(hào)的檢測和分析等.