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【精品】 嵌入式系统软件开发技术

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嵌入式系统 — 嵌入式系统软件开发技术 2006年6月23日 主要内容 ? ? ? ? 版级支持包 BSP 嵌入式系统初始化以及BSP的设计 Linux系统驱动程序开发 嵌入式联网 BSP的概念 ? ? BSP全称“板级支持包”(Board Support Packages),说的简单一点,就是一段启 动代码,和计算机主板的BIOS差不多, 但提供的功能区别就相差很大 在Windows CE中,BSP是驱动程序、 OEM适应层(OEM Adaptation Layers, OAL)、硬件抽象层(HAL)以及启动 设备和使外设正常工作所需BIOS文件的 集合。 BSP和BIOS区别 ? ? ? BIOS主要是负责在电脑开启时检测、初始化系 统设备(设置栈指针,中断分配,内存初始 化..)、装入操作系统并调度操作系统向硬件 发出的指令。 BSP是和操作系统绑在一起运行,尽管BSP的开 始部分和BIOS所做的工作类似,但是 BSP还包 含和系统有关的基本驱动 BIOS程序是用户不能更改,编译编程的,只能 对参数进行修改设置,但是程序员还可以编程 修改BSP,在BSP中任意添加一些和系统无关的 驱动或程序,甚至可以把上层开发的统统放到 BSP中 不同系统中的BSP ? 一个嵌入式操作系统针对不同的CPU, 会有不同的BSP ? 即使同一种CPU,由于外设的一点差别 BSP相应的部分也不一样 BSP的特点与功能 ? 硬件相关性 ? 因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相 关性,所以,作为高层软件与硬件之间的接 口,BSP必须为操作系统提供操作和控制具 体硬件的方法。 不同的操作系统具有各自的软件层次结 构, 因此,不同的操作系统具有特定的硬件 接口形式 ? 操作系统相关性 ? BSP的设计与实现 ? 为实现上述两部分功能,设计一个完整 的BSP需要完成两部分工作: ? 设计初始化过程,完成嵌入式系统的初始化; 设计硬件相关的设备驱动,完成操作系统及应用 程序对具体硬件的操作。 ? 嵌入式系统初始化以及BSP的功能 ? ? 嵌入式系统的初始化过程是一个同时包括硬件 初始化和软件初始化的过程;而操作系统启动 以前的初始化操作是BSP的主要功能之一 初始化过程总可以抽象为三个主要环境,按照 自底向上、从硬件到软件的次序依次为: ? ? ? 片级初始化 板级初始化 系统级初始化 初始化过程 ? 片级初始化: ? 主要完成CPU的初始化 ? ? ? 设置CPU的核心寄存器和控制寄存器 CPU核心工作模式 CPU的局部总线模式等 ? 片级初始化把CPU从上电时的缺省状态逐步设置 成为系统所要求的工作状态 这是一个纯硬件的初始化过程 ? 初始化过程(续1) ? 板级初始化: ? ? 完成CPU以外的其他硬件设备的初始化 同时还要设置某些软件的数据结构和参数,为随后 的系统级初始化和应用程序的运行建立硬件和软件 环境 ? 这是一个同时包含软硬件两部分在内的初始化过程 初始化过程(续2) ? 系统级初始化: ? ? 这是一个以软件初始化为主的过程,主要进行操作 系统初始化 BSP将控制转交给操作系统,由操作系统进行余下 的初始化操作: ? ? ? ? 包括加载和初始化与硬件无关的设备驱动程序 建立系统内存区 加载并初始化其他系统软件模块(如网络系统、文件系统 等) 最后,操作系统创建应用程序环境并将控制转交给应用程 序的入口 硬件相关的设备驱动程序 ? ? ? ? BSP另一个主要功能是硬件相关的设备驱动 与初始化过程相反,硬件相关的设备驱动程序的 初始化和使用通常是一个从高层到底层的过程 尽管BSP中包含硬件相关的设备驱动程序,但是 这些设备驱动程序通常不直接由BSP使用 而是在系统初始化过程中由BSP把它们与操作系 统中通用的设备驱动程序关联起来,并在随后的 应用中由通用的设备驱动程序调用,实现对硬件 设备的操作。 BSP开发的前提和步骤 ? 开发的前提 : ? ? ? 熟悉硬件方面:使用CPU等 熟悉工具方面:电表,示波器,逻辑分析仪, 硬件仿真器,仿真调试环境等 语言方面:汇编语言,C语言 硬件主板研制,测试 操作系统的选定,BSP编程 上层应用程序的开发 ? BSP开发的一般步骤如下: ? ? ? 编写BSP函数 ? ? ? ? BSP对板卡中每个芯片的操作都通过多个函数 来完成 如果应用程序对板卡的操作都直接通过调用 BSP中的函数来完成,那将很不利于源程序的 调试 ,并降低了程序的可移植性 把能完成某个特定功能的函数封装在一个库文 件中,并放在应用程序与BSP之间 对每个芯片来说,都应当有初始化函数和状态 读取函数 设计实现BSP的一般方法 ? ? ? BSP的开发需要具备一定的硬件知识 要求掌握操作系统所定义的BSP接口 两种快捷方法 ? ? 以经典BSP为参考 使用操作系统提供的BSP模板 ? 设计实现BSP两部分功能时应采用以下两种不 同方法 ? ? “自底向上”地实现BSP中的初始化操作 “自顶向下”地设计硬件相关的驱动程序 BSP设计方法的不足与改进 ? ? ? 目前BSP的设计与实现主要是针对某些特定的 文件进行修改 直接修改相关文件容易造成代码的不一致性, 增加软件设计上的隐形错误,从而增加系统调 试和代码维护的难度 解决这个问题的一个可行办法是:设计实现一 种具有图形界面的BSP开发设计向导,由该向 导指导设计者逐步完成BSP的设计和开发,并 最终由向导生成相应的BSP文件,而不再由设 计人员直接对源文件进行修改。 Linux设备驱动程序及开发 Linux设备驱动程序概述 ? Linux设备驱动程序是处理或操作硬件控制器的软 件,被集成在内核中,是常驻内存的低级硬件处 理程序的共享库,设备驱动程序是系统对设备的 抽象管理与控


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