基于UC/OS-II的嵌入式構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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硬件抽象層實(shí)現(xiàn)硬件的驅(qū)動(dòng)、I／O控制，可以用于同一種硬件平臺(tái)的很多應(yīng)用中。OS層主要用于與操作系統(tǒng)相關(guān)的操作，包括系統(tǒng)任務(wù)的創(chuàng)建、消息的創(chuàng)建等。通信層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞、數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。
用戶接口層提供與底層應(yīng)用相關(guān)的基本操作函數(shù)、對(duì)外接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)上下層之間的互操作。應(yīng)用層位于頂層，用于實(shí)現(xiàn)用戶的應(yīng)用程序。用戶無(wú)需關(guān)心底層的硬件結(jié)構(gòu)，直接使用用戶接口層提供的基本操作函數(shù)，即可編程實(shí)現(xiàn)自己需要的功能。
層(即構(gòu)件子系統(tǒng))的接口是所包含的構(gòu)件接口的組合。分層接口從上層看是透明的，對(duì)下層則是不透明的。在層接口處定義的構(gòu)件僅對(duì)整個(gè)層次結(jié)構(gòu)中該層或者該層之上的構(gòu)件可見(jiàn)。只要符合一定的條件，每一層都可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)程度的復(fù)用，只需要替換相關(guān)的構(gòu)件即可。
這里，特別要提到“原型”的概念。在各個(gè)層中，每個(gè)垂直切片僅實(shí)現(xiàn)與切片的目的相關(guān)的部分。這種實(shí)現(xiàn)方案稱為“迭代式原型(iterative prototyping)”，每個(gè)切片稱為一個(gè)“原型(prototype)”。實(shí)現(xiàn)原型時(shí)，每個(gè)原型都在其前驅(qū)所實(shí)現(xiàn)的特性的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)造。原型的序列根據(jù)邏輯上特性的優(yōu)先順序來(lái)確定。本體系結(jié)構(gòu)引入原型的概念，每個(gè)原型包含來(lái)自各層的一個(gè)或者多個(gè)構(gòu)件，后面的原型構(gòu)造于先前原型所提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上。每個(gè)原型將實(shí)現(xiàn)一種特定的功能，逐漸增加功能，最終實(shí)現(xiàn)用戶應(yīng)用程序。
分層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保持了頂層與低層很好的一致性，實(shí)現(xiàn)了橫向分離；同時(shí)，原型的引用使得各層間的連接更為緊密，縱向相連，從而得到集成度更高、更可靠的系統(tǒng)。
3 嵌入式構(gòu)件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3．1 鍵盤(pán)構(gòu)件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
嵌入式構(gòu)件從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，大部分的工作就是對(duì)輸入／輸出部分進(jìn)行處理。其構(gòu)件主要有鍵盤(pán)、前向通道的處理(如A／D處理)、后向通道的處理(如D／A處理)、USB控制、網(wǎng)絡(luò)控制、液晶顯示等。輸入／輸出軟件的代碼占據(jù)了整個(gè)操作系統(tǒng)的相當(dāng)部分，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這部分的重要性是不言而喻的。其中，鍵盤(pán)更是嵌入式應(yīng)用程序最常用的器件，因此本文以鍵盤(pán)為例，依據(jù)上述體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建了鍵盤(pán)應(yīng)用模型，配置實(shí)現(xiàn)了鍵盤(pán)功能。
圖2為鍵盤(pán)構(gòu)件系統(tǒng)分層體系結(jié)構(gòu)。每層左邊顯示的“棒棒糖”形狀表示層的接口，接口是一組可以從外部訪問(wèn)的類和對(duì)象。虛線箭頭表示的是依賴關(guān)系，每層都依賴于其下一層的包，且構(gòu)件與構(gòu)件之間也存在著依賴關(guān)系。上層調(diào)用位于下層具體一些的層次中的服務(wù)，這種單向依賴使得可以在不同的上下文中使用相同的服務(wù)，而無(wú)需考慮服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式。同時(shí)，由于低一些的層中提供了定義良好的接口集合，可以用不同的底層實(shí)現(xiàn)來(lái)替換它們，這樣，整個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)就能更方便地移植到其他的物理環(huán)境中。
另外，圖2中的寬箭頭表明了數(shù)據(jù)的傳遞方向，數(shù)據(jù)在硬件抽象層取得后，逐級(jí)向上層傳遞，經(jīng)過(guò)層層處理、轉(zhuǎn)換，最終到達(dá)應(yīng)用層，被用戶程序所用。而此處，數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程其實(shí)也是一個(gè)原型的形成過(guò)程，即最終實(shí)現(xiàn)了一鍵盤(pán)響應(yīng)處理任務(wù)。
- 3．2 構(gòu)件生成集成環(huán)境的實(shí)現(xiàn)
基于構(gòu)件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，本文擬開(kāi)發(fā)了一構(gòu)件生成集成環(huán)境，如圖3所示。該環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件系統(tǒng)的自配置、自拼接、源代碼自生成，結(jié)構(gòu)清晰，使用簡(jiǎn)便。隨后在該集成環(huán)境上，配置鍵盤(pán)構(gòu)件系統(tǒng)，自動(dòng)生成源代碼，并在博創(chuàng)ARM300實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了鍵盤(pán)響應(yīng)，很好地驗(yàn)證了此體系結(jié)構(gòu)的可行性及優(yōu)越性。
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結(jié)語(yǔ)
本文擴(kuò)展了通用軟件構(gòu)件的概念，提出了適用于嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)件模型；并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了嵌入式軟件6層體系結(jié)構(gòu)，采用了分層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了橫向分離，而“原型”的引用使得各層縱向相連。此體系結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了軟硬件分離，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了功能的分離，有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好的嵌入式系統(tǒng)。最后，本文在鍵盤(pán)應(yīng)用實(shí)例中驗(yàn)證了其可行性。隨著嵌入式系統(tǒng)的硬件發(fā)展，以及基于構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)方法自身的不斷完善，基于構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)方法必將是未來(lái)的發(fā)展方向。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
本文擴(kuò)展了通用軟件構(gòu)件的概念，提出了適用于嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)件模型；并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了嵌入式軟件6層體系結(jié)構(gòu)，采用了分層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了橫向分離，而“原型”的引用使得各層縱向相連。此體系結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了軟硬件分離，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了功能的分離，有利于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好的嵌入式系統(tǒng)。最后，本文在鍵盤(pán)應(yīng)用實(shí)例中驗(yàn)證了其可行性。隨著嵌入式系統(tǒng)的硬件發(fā)展，以及基于構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)方法自身的不斷完善，基于構(gòu)件的軟件設(shè)計(jì)方法必將是未來(lái)的發(fā)展方向。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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