嵌入式操作系统通用硬件抽象层设计研究

摘要

对嵌入式系统而言，由于体系的多样性、应用的专门性、交叉平台编译等原因，其开发难度远远大于桌面型应用。降低开发难度一直是该领域研究的主要问题之一。 其中，体系多样性是导致开发复杂和困难的主要原因之一，较为实用的办法就是尽力消除平台差异，使嵌入式操作系统和应用软件运行在一个与平台的无关的虚拟环境上，使开发者将主要精力集中解决应用问题。 大多数商业嵌入式系统在销售时都会捆绑板级支持包(Board SupportPackage，BSP)，从板级支持到应用开发，完全形成了垄断，应用间的共享变得困难，从软硬件协同开发来说，虽然这样能有更好的一体化设计支持服务，但却无法让应用更有效地重用。 针对典型BSP和典型体系作分析之后，可以发现，造成BSP应用的局限性是操作系统开发者的原因，商家总希望BSP能与上层OS紧密结合，没有更多的考虑通用性而造成的。在同一种嵌入式微处理器的硬件平台上支持不同嵌入式操作系统的BSP之间不仅从组成结构、向操作系统内核所提供的功能以及所定义的服务的接口都完全不同，因而一种嵌入式操作系统的BSP不可能用于其他嵌入式操作系统。这种BSP是一种封闭的专用硬件抽象层。因此，需要为嵌入式操作系统内核开发和应用提供一种开放、通用的硬件抽象层平台(current Hardware Abstraction Layer，CHAL)，使得在某种硬件平台上的嵌入式操作系统内核的开发能够在支持这种硬件平台的硬件抽象层上进行。 本论文探讨了嵌入式操作系统通用硬件抽象层设计技术，在体系与操作系统之间，建立一个相对通用和独立的平台，以解决嵌入式操作系统的移植，同时简化和加速嵌入式系统软件开发。 首先，在对主流的体系结构与操作系统充分理解的基础上，提出了通用硬件抽象层(Currcnt Hardware Abstraction Layer，CHAL，)的功能模型和分层结构。 其次，详细探讨了CHAL的关键技术，包括CHAL与OS、寻址模式、中断、DMA等技术，并以实例的形式说明了CHAL的设计原理与技巧。 最后，针对uCos的CHAL开发为实例，详细介绍了CHAL，的设计步骤和方法以及CHAL的封装原则和方法。 论文最后展望CHAL的工程意义，并提出了下一阶段的研究方向，在CHAL，的基础上搭建嵌入式系统通用的软件开发平台，更为有效地实现嵌入式系统的软硬件协同设计。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2课题目的

1.3研究内容

1.4论文的组织

第二章嵌入式计算机系统

2.1嵌入式系统的分类

2.2嵌入式系统的特点

2.3嵌入式系统的组成

2.4嵌入式系统总体设计原则

2.5处理器的选择

2.6软件平台的选择

2.7编程语言的选择

2.8集成开发环境

2.9本章小结

第三章典型嵌入式操作系统介绍

3.1μC/OS操作系统

3.2 μCLINUX操作系统

3.3其他嵌入式操作系统

3.4本章小结

第四章通用硬件抽象平台框架

4.1硬件抽象层原理

4.1.1硬件抽象层概念

4.1.2 BSP分析

4.1.3 eCos硬件抽象平台分析

4.2通用硬件抽象层总体设计

4.2.1通用硬件抽象层的功能结构设计

4.2.2通用硬件抽象层的层次结构设计

4.3本章小结

第五章通用硬件抽象平台(CHAL)关键技术

5.1 CHAL与OS

5.2寻址模式

5.3硬件抽象

5.4中断处理

5.5 DMA访问

5.6本章小结

第六章UCOS通用硬件抽象层设计

6.1 CHAL与UCos的链接

6.2在ARM720T内核上构建CHAL

6.3 CHAL的封装问题

6.4本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

附录