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1 引言

嵌入式系統軟件人員經常讀取系統外設寄存器和控制寄存器，直接控制硬件，這樣對軟件開發者來說是一種繁復的事，而且嵌入式微處理器內部集成外設種類越來越多，如串口設備、時鐘／定時器設備、IIC總線等，對嵌入式編程帶來更多的困難。如果讀寫硬件的語句散布在整個應用程序中或者不同的功能模塊可能會讀寫同一個硬件，那么當系統硬件發生變動時，應用程序就必須全盤重寫。怎么避免這樣的情況？一個好的方法就是按照盡量隱藏硬件的原則編制設備驅動程序。

在設計驅動程序中盡量隱藏硬件，有幾個優點：①因為模塊化，軟件的總體結構更容易理解；②只要是與某一個外設相互作用，必然是通過他的驅動程序來起作用的，這樣查找錯誤和故障就更容易些；③由硬件的變動導致的軟件變化集中在設備驅動程序上，這樣做有助于減少系統變動時改變軟件設計工作量，盡量做到軟件復用，縮短開發周期，這對提高產品競爭能力有實際意義。

2 編寫設備驅動程序的方法和步驟

本文以摩托羅拉公司冷火系列（coldfire）嵌入式微處理器MCF5307定時器為例，討論在用C＋＋語言編寫嵌入式系統驅動程序時，如何做到盡量隱藏硬件的方法和步驟。

（1）覆蓋設備的存儲映像控制及狀態設備寄存器數據結構

MCF5307的寄存器C語言描述文件是MCF5307．h，這個文件對MCF5307的系統寄存器和片上外設控制和狀態寄存器以結構或聯合的方式做了定義。在Timer．cpp添加MCF5307．h并在頭文件文件中定義MCF5307＿IMM類型全局指針變量imm后就可以訪問這些寄存器（使用timer1）。如下所示：

＃define MBAR＿ADDR

0x10000000

＃define VBR 0x0

MCF5307＿IMM

＊imm＝（MCF5307＿IMM＊）MBAR＿ADDR；

在timer類構造函數中對MCF5307定時器控制和狀態寄存器作硬件初始化，使其產生周期為1 ms的節拍中斷。

（2）跟蹤目前硬件和設備驅動狀態的一組變量

驅動程序開發過程的第二步是確定變量來跟蹤硬件和設備驅動的狀態。比如，要確定硬件是否已經初始化過或跟蹤當前計數器的值。

設備的驅動不只創建一個軟件設備，他們純粹是邏輯設備，在基本外圍硬件之上實現。容易設想從單獨鐘，正如在Windows下定時器編程一樣。系統的定時器應該被設置以產生一個周期性的時鐘節拍（tick），比如ms。設備驅動則保持創建的每個軟件時鐘的狀態信息來管理一組不同長度的軟件時鐘。

（3）一個把硬件初始化到已知狀態的例程

確定跟蹤物理和邏輯設備的狀態的變量后，接下來是實際與設備交互和控制函數。首先從設備初始化例程開始，把設備狀態設定到一個已知的狀態。然后就是啟動定時器，并且在啟動時設定類型（周期的，還是非周期的）、周期參數、刪除定時器等。

（4）合起來為設備驅動用戶提供API的一組例程

設備初始化后，開始給設備驅動添加其他的功能。

以定時器為例，創建一個軟件時鐘，啟動時鐘和管理時鐘函數等具體的模塊函數。這些函數的集合就可以為設備驅動應用程序提供一個統一的接口。

（5）中斷服務例程

確定外設的中斷服務例程入口地址以及安裝中斷向量。一些重要的后臺工作要由中斷服務例程來完成，合理的設置中斷可以很好的利用CPU，提高CPU的運行效率。MCF5307的中斷是由中斷基址寄存器VBR和各個外設控制寄存器共同決定的。

3 在MCF5307上實現軟件時鐘

實現軟件定時器的關鍵就是活動時鐘鏈表的管理，要跟蹤時鐘狀態，要記錄時鐘啟動時刻及其周期或長度，用鏈表管理時鐘，把時鐘的啟動時刻轉換為剩余節拍數count和鏈表的位置關系。如圖1所示，當一個軟件時鐘被啟動時，初始化state，type和length，時鐘被插入活動時鐘鏈表。在時鐘鏈表的時鐘經過排序使得第一個到期的時鐘處于表的頂端。每一個時鐘有一個與其相關的count變量，這個值代表了所有列表前面的到期時該時鐘剩余的時鐘節拍數。在硬件產生的時鐘節拍中斷時——每毫秒一次——都要刷新活動時鐘列表。