【摘要】隨著電子通信技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式通信系統(tǒng)亟需一套完整的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。本文通過(guò)對(duì)Linux和Window操作系統(tǒng)環(huán)境下對(duì)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)模型的對(duì)比，并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)本身具有的特點(diǎn)，得出了一套基于嵌入式通信設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn);并且在參考了對(duì)常用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的思想之后，對(duì)嵌入式通信設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序做了詳細(xì)分層，并在不同方面闡述了標(biāo)準(zhǔn)化制定的原因以及相關(guān)意義。

【關(guān)鍵詞】嵌入式通信設(shè)備;驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì);標(biāo)準(zhǔn)化

嵌入式系統(tǒng)的組成一般有外圍硬件設(shè)備、應(yīng)用程序、嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng)四個(gè)框架。隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，在移動(dòng)通信、工業(yè)控制和信息家電等諸多領(lǐng)域都得到了良好的運(yùn)用。為了滿足嵌入式系統(tǒng)發(fā)展和運(yùn)用的需要，必須對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)提出更高程度上的要求。

一、不同環(huán)境下嵌入式通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（一）在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序

在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序要求無(wú)論是什么樣的設(shè)備都要提供相同的接口，通常情況下是把一個(gè)設(shè)備映射成為一個(gè)設(shè)備文件。Linux驅(qū)動(dòng)程序支持硬件設(shè)備下的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口：

字符特別設(shè)備文件和塊特別設(shè)備文件。字符設(shè)備接口支持面向?qū)ο笫亲址妮斎?輸出端口的操作，規(guī)定輸入/輸出端口請(qǐng)求的長(zhǎng)度一定是設(shè)備要求的基本塊長(zhǎng)度的倍數(shù)。塊設(shè)備接口僅支持輸入/輸出上的操作，而能支持任意位置和長(zhǎng)度上的輸入/輸出請(qǐng)求，能滿足隨機(jī)存取的要求。其中，Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序能分成三個(gè)最主要的部分：中斷服務(wù)子程序、自動(dòng)配置和初始化的子程序;服務(wù)于輸入/輸出請(qǐng)求的子程序。在Linux系統(tǒng)的內(nèi)部，輸入/輸出數(shù)據(jù)的存取需通過(guò)一組特定的入口進(jìn)行操作，這組入口就是由每個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)提供的。

（二）在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序

微軟公司中的WindowsXP操作系統(tǒng)和Windows2000系列均采取了WDM技術(shù)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序模型，由原來(lái)的Window3.0到現(xiàn)在的WindowsXP和Windows2000，都依據(jù)其特定環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)程序制定了具有標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了滿足驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)時(shí)所要調(diào)用的程序，程序員提供了完全的系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)封裝。

在驅(qū)動(dòng)程序中，每個(gè)硬件設(shè)備在WDM模型下都至少存在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序：總棧驅(qū)動(dòng)程序和功能驅(qū)動(dòng)程序。而設(shè)備還可能在過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序下通過(guò)其選擇的特性來(lái)改變標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，其中驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)于同一個(gè)設(shè)備的被組成了一個(gè)鏈表，叫做設(shè)備棧。

例如：在一個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備程序結(jié)構(gòu)棧中，處于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧最底層的是物理設(shè)備對(duì)象的物理驅(qū)動(dòng)程序，被用來(lái)描述物理總棧和設(shè)備之間的關(guān)系，在物理驅(qū)動(dòng)程序上是功能設(shè)備對(duì)象的功能驅(qū)動(dòng)程序，被用來(lái)描述設(shè)備中的邏輯功能。在功能驅(qū)動(dòng)程序周圍，存在很多過(guò)濾設(shè)備對(duì)象中的過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序。因而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)棧中的每一個(gè)對(duì)象都有其特定的驅(qū)動(dòng)程序，其中物理設(shè)備對(duì)象屬于功能驅(qū)動(dòng)程序，過(guò)濾驅(qū)動(dòng)設(shè)備對(duì)象屬于過(guò)濾驅(qū)動(dòng)程序。

（三）嵌入式通信設(shè)備下的驅(qū)動(dòng)程序

不同于上述兩種操作環(huán)境下的驅(qū)動(dòng)設(shè)備程序。

第一，嵌入式系統(tǒng)擁有高效的實(shí)時(shí)性，在應(yīng)對(duì)外部突發(fā)事件時(shí)要求要以微秒級(jí)的速度相應(yīng)，這就需要嵌入式操作系統(tǒng)不能有過(guò)于繁瑣的上下文切換和頻率過(guò)高的堆棧操作來(lái)響應(yīng)事件操作，故一般嵌入式系統(tǒng)都沒(méi)有十分復(fù)雜的分層構(gòu)造。

第二，通信設(shè)備下的嵌入式系統(tǒng)還具有可配置性和高可靠性以及可裁剪性。這些特性就要求整個(gè)系統(tǒng)要有微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，才能保證模塊間具有很高的獨(dú)立性。上述的這些特性共同決定了嵌入式系統(tǒng)不具有供驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用的函數(shù)封裝和定義的設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型。但因在標(biāo)準(zhǔn)化的輸入/輸出設(shè)備中，只分為塊設(shè)備和字符設(shè)備，具有局限性，而嵌入式系統(tǒng)所使用的芯片大都為HDLC、TSI等，大部分屬于控制型的芯片，不屬于塊設(shè)備和字符設(shè)備，無(wú)法納入標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出體系結(jié)構(gòu)中。

第三，嵌入式的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序直接面向的對(duì)象是硬件，任何對(duì)硬件的不正當(dāng)操作都可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生崩潰。所以，在嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要制定一套完善的驅(qū)動(dòng)程序的規(guī)范指導(dǎo)工作人員的開(kāi)發(fā)工作。

二、關(guān)于通信系統(tǒng)下嵌入式驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化探討

（一）嵌入式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的分層結(jié)構(gòu)

制定關(guān)于通信系統(tǒng)下嵌入式驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)，最終的目的是要制定出一套清晰的驅(qū)動(dòng)程序的構(gòu)造，用來(lái)統(tǒng)一上層應(yīng)用以及用來(lái)管理程序接口，在一定程度上提高驅(qū)動(dòng)程序的健壯性和可移植性，從而減少重復(fù)開(kāi)發(fā)的可能。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在結(jié)構(gòu)上可大致分為兩層：接口封裝層和硬件控制層。

接口封裝層是負(fù)責(zé)把硬件控制層封裝變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接口，對(duì)其上層的管理軟件提供一致的接口。在接口封裝層，硬件設(shè)備中的差異大部分會(huì)被屏蔽掉，僅僅體現(xiàn)在應(yīng)用程序接口的函數(shù)數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)上的解析;

接口硬件控制層就是把硬件中的各個(gè)模塊按功能分給各個(gè)控制的接口，處于驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)中的最底層，以此來(lái)完成對(duì)所有硬件設(shè)備的配置和控制工作。因硬件控制層是直接面向硬件的，因而與硬件的相關(guān)性最大，也是在所有結(jié)構(gòu)中最為靈活的一層。硬件控制層將所有的硬件設(shè)備的作用體現(xiàn)在控制接口上，并由接口封裝層進(jìn)行了調(diào)用。在考慮了硬件設(shè)備的多樣性之后，控制接口的設(shè)計(jì)并沒(méi)有明確的規(guī)范定義接口，但控制接口一般情況下可分為四類：硬件設(shè)備的屬性控制、硬件設(shè)備初始化、時(shí)鐘中斷和設(shè)備的輸入/輸出操作。

（二）嵌入式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的要求

接口封裝層對(duì)上層軟件提供的所有操作都被叫做元語(yǔ)操作，要特別注意的是接口的重入問(wèn)題。首先，對(duì)控制層的接口來(lái)說(shuō)，均為同步非阻塞函數(shù)的調(diào)用，對(duì)輸入/輸出型設(shè)備在得到用戶允許的情況下可以提供阻塞的同步接口。嵌入式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一定要求能夠進(jìn)行單獨(dú)編譯，設(shè)計(jì)時(shí)要優(yōu)先引用操作系統(tǒng)下的抽象層的函數(shù);其次，接口封裝層要盡可能對(duì)封裝操作系統(tǒng)庫(kù)函數(shù)做出調(diào)用;然后，驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮硬件的特點(diǎn)，不考慮任何狀態(tài)下的同步。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，要想實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)下嵌入式驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，需要一套驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范，因此提出基于嵌入式通信設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)想，定義了較為清晰的分層結(jié)構(gòu)，在一定程度上使得通信系統(tǒng)下的嵌入式驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)變得愈加標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

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