嵌入式计算机硬件抽象层与操作系统接口

◎王耀岗

嵌入式计算机硬件抽象层与操作系统接口

◎王耀岗

文章对现有计算机硬件抽象层进行分析后，结合嵌入式计算机特点探讨系统接口，最后通过对接口验证证明经过隔离机制调整后的系统性能得到了显著提升，以期为相关领域持续发展提供支持。

近年来，我国工业化进程不断深化，在科学技术支持下，自动化、智能化逐渐成为社会生产力的主要趋势。嵌入式计算机应运而生，在社会多个领域得到了广泛应用和普及。目前嵌入式计算机发展的主要障碍是系统兼容性问题。而影响这一问题的关键在于硬件抽象层与操作系统接口。因此将这一关键问题作为研究的主要内容。

现有计算机硬件抽象层概况

现阶段，嵌入式实时操作系统使用范围越来越广，通过对硬件中抽象层的优化设计，能够建立良好的沟通接口，为硬件与软件运行构建独立的空间，避免互相干扰，形成良性运行状态。嵌入式计算机建立在应用中心基础之上，将现代个人PC技术引入其中，实现对软硬件的裁剪，能够有效降低系统成本。系统由处理器、外围设备及应用软件等构成，能够满足单机、实时运行需求。

软件结构模型。硬件抽象层包含大量硬件信息，以此来满足软件运行需求。针对硬件抽象层来说，无论是逻辑上、还是空间上的分离，硬件抽象层、操作系统都能够独立完成编译指令，并呈现出对应的映像。该类结构的优势在于当CPU处于不变的情况下，外围芯片、硬件接口更改，其内部映像依旧能够呈现，减少了对系统维护成本。但事物两面性决定了该类结构具有一定缺陷，该分离结构使得硬件抽象层、操作系统与映像之间难以形成良性对接，需要通过一定机制给予支持，无形中增加了系统设计成本，且不利于系统集成作用的有效发挥。

硬件抽象层结构及功能。建立在上述软件结构基础之上的硬件具备多项功能：一是能够完成系统引导、数据机构初始化，并启动用户配置映像；二是为了能够实现对映像的管理，硬件抽象层涉及映像的固化、擦除及加载。用户通过映像管理模块，能够实现对存储设备的访问，并从中调取出自己需要的内容［1］。三是硬件抽象层的核心涉及体系结构芯片、设备相关的驱动程序，通过对映像系统的操作，能够显著提升映像利用率。

嵌入式计算机硬件抽象层与操作系统接口优化

一般来说，硬件相关系统在运行过程中，能够提供一组标准化服务，确保操作系统硬件无关性，并将其作为载体，实现对硬件的高效访问。新时期下，为了满足工作要求，硬件更新速度非常快，但是使用嵌入式计算机系统及设备生命周期较长，如果系统在运行中出现故障，需要更换器件，在一定程度上增加了验证成本。而建立隔离机制则不同，能够将硬件与系统分离开来。即便遇到故障，能够减少设备验证时间。具体来说：

建立隔离机制。现阶段，我国自主版权的操作系统中尚未具备能够完全支持当前软件支持的操作系统。因此对于该系统模型的构建是一个理想模型。本文选择的嵌入式计算机使用的是VxWorks操作系统，并将此作为硬件抽象层与操作系统隔离机制研究的主要载体［2］。一般来说，为了达到接口良好衔接的目标，我们在系统接口函数中增加VxWorks操作系统，经过调整后形成新的软件结构。而该操作系统中的含数据还需要重新调整，以便促使函数能够访问硬件抽象层中的BSP函数，最终达到隔离目标。

验证及测试。系统接口引入新内容后，对系统原有功能产生了深刻的影响。将原有功能进划分为两个部分：一是接口之上与硬件无关的操作系统；二是接口之下硬件抽象层软件。通过这种模式，能够将各个独立的接口有机整合到一起，形成统一的访问机制，从而促使软件结构发生变化，增强系统自身功能。

针对系统的测试，我们通过系统时间初始化、异常响应及中断响应时间进行。同时需要注意的是，第一项指标对于精度要求并不高，因此可以采用软件测量方式，需要强调后两者的测量精度。详细来说，针对第一项指标的测量，从系统上电开始到启动函数usrROOT作为系统需要的时间。除去系统调用时压栈、出栈后，满足时间测量要求，达到测量目标。

第二项指标自中断产生之获取中断结束。作为重要的衡量指标，可以采取硬件方法对其进行测量，如示波器等，以此来提高测量精度。在测量开始时，我们需要在程序中增加一条语句，将其标记为中断标志。然后通过通道传递中断信号后，当中断产生时，示波器开始记录，并获取到相应波形，得到的结果就是中断响应的时间。

通过对测试结果的比较来看，增加接口后的测量时间较之前有所提升，主要是受到接口中多了一层二者之间函数调用［3］。但是系统的时间指标能够保持原有量级。而在嵌入式计算机中使用powerPC603E性能更强的处理器，极易适得其反。因此嵌入式计算机中的抽象层采取定制方式，能够更好地达到预期目标。

根据上文所述，计算机作为社会各领域生存及发展的重要组成部分，引起了相关主体的关注。但是针对硬件抽象层的研究尚处于起步阶段，并未形成较为完善的标准。本文从嵌入式计算机自身特点及其运行具体要求，从抽象角度入手，对硬件进行相关接口的制定，直接实现对操作系统的分离处理后，对隔离机制进行了测试，结果证明经过隔离处理的系统具有较强的性能，且集成度较高，符合系统运行要求，能够在实践中更好地发挥积极作用。

（作者单位：贵州民族大学人文科技学院）