AnyWhere――面向設(shè)備的編程模式
加入技術(shù)交流群
嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同源，可是因?yàn)閼?yīng)用領(lǐng)域和研發(fā)人員的不同，嵌入式系統(tǒng)很早就走向相對(duì)獨(dú)立的發(fā)展道路，其編程模式與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有較大的區(qū)別。一般來說，嵌入式系統(tǒng)傳統(tǒng)編程模式有面向寄存器的編程模式、面向API的編程模式、面向端口的編程模式等，其中面向寄存器的編程模式仍然占主導(dǎo)地位。
1．1 面向寄存器的編程模式
嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，其中硬件是基礎(chǔ)，所有的嵌入式軟件都會(huì)直接或間接地操作硬件。所謂“面伺寄存器的編程”，就是軟件直接操作硬件提供的編程接口來編寫嵌入式軟件的編程模式。目前，本地硬件提供的編程接口大多數(shù)為寄存器，它們通常映射到軟件能夠直接訪問的I／O空間或存儲(chǔ)器空間。
面向寄存器的編程模式的基本步驟如圖1所示，這是一個(gè)蜂鳴器鳴叫的程序。由此可以看出，面向寄存器的編程模式需要對(duì)硬件細(xì)節(jié)非常了解，這是非常繁瑣和容易出錯(cuò)的，并且對(duì)開發(fā)人員的要求較高。
一句話形容：面向寄存器的編程模式就是自己既作將軍又作士兵，眉毛胡子一把抓。
1．2 面向API的編程模式
面向寄存器的編程模式非常麻煩，效率低下，不是人人都能勝任的。為了方便嵌入式軟件的編寫，有些公司編寫軟件把硬件屏蔽起來形成API，應(yīng)用軟件則通過這些API接口訪問硬件。這種通過第三方軟件提供的接口來訪問硬件的編程模式就是面向API的編程模式。
即使相同的硬件，不同公司提供的API也有很大的出入。有些僅僅提供了一些程序庫，對(duì)硬件進(jìn)行簡單封裝。而有的則提供標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)接口，如WinCE、嵌入式Linux和VxWorks等。
所有這些API一般是面向本地硬件和部分特定總線(如PCI、USB)的遠(yuǎn)程硬件的。
面向API編程模式的基本步驟如圖2所示?？梢钥闯?，面向API的編程模式只需要對(duì)硬件細(xì)節(jié)有大概的了解即可，但需要對(duì)API手冊進(jìn)行詳細(xì)閱讀才能開發(fā)。不同系統(tǒng)的API可能完全不同，換一種系統(tǒng)，開發(fā)人員就需要重新熟悉新的API。另外，不同系統(tǒng)的API功能和性能差異極大，對(duì)開發(fā)人員的要求也有較大的差別。一句話形容：面向API的編程模式就是手把手教別人干活。
1．3 面向端口的編程
面向端口編程是PLC(可編程邏輯控制器)的編程模式。PLC把所有硬件都虛擬成端口，通過對(duì)端口的讀寫完成對(duì)硬件的控制。PLC最初是為了替代繼電器編程，對(duì)復(fù)雜程序的支持比較弱，對(duì)遠(yuǎn)程硬件的支持也比較弱(主要支持PLC廠商自己的配件)。
2 嵌入式系統(tǒng)傳統(tǒng)編程方法的困境
2．1 對(duì) 比
各種傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)編程模式有各自特點(diǎn)，如表1所列。
2．2 困 境
最初，嵌入式系統(tǒng)都是獨(dú)立工作的。傳統(tǒng)的編程模式都是面向獨(dú)立的微控制器(微處理器)，操作的硬件都是本地硬件。
隨著時(shí)間的推移，嵌入式系統(tǒng)由獨(dú)立工作走向了網(wǎng)絡(luò)控制(典型的系統(tǒng)就是集散控制系統(tǒng))，此時(shí)嵌入式系統(tǒng)的編程模式依然是面向獨(dú)立的微控制器(微處理器)。要把這些嵌入式系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)，需要為所有控制器增加兼容的通信接口硬件，并設(shè)計(jì)兼容的通信協(xié)議。而且，每個(gè)系統(tǒng)需要對(duì)硬件通信接口編程及對(duì)通信協(xié)議編程后才可能組成網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)設(shè)計(jì)無疑是復(fù)雜的。
用面向寄存器的編程模式編寫聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的步驟如圖3所示，面向API的編程模式的步驟如圖4所示。圖3、圖4的右邊是編寫控制遠(yuǎn)程蜂鳴器鳴叫程序的步驟。至于面向端口的編程模式，目前主要是PLC，它的開發(fā)步驟比較簡單，讀者可以參考PLC的開發(fā)手冊。不過，PLC一般支持有限的遠(yuǎn)程設(shè)備，并且成本高昂，很多時(shí)候并不適用。通過圖3和圖4可以看出，對(duì)于聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)，這兩種編程模式的步驟基本相同。面向寄存器的編程模式開發(fā)難度很大，而面向API的編程模式相對(duì)小一些，不過任務(wù)依然艱巨。
各種編程模式的對(duì)比如表2所列。
現(xiàn)在，組網(wǎng)的范圍更加廣泛：不但需要本地組網(wǎng)，還需要遠(yuǎn)程組網(wǎng)；不但控制設(shè)備之間需要互連，控制設(shè)備與普通計(jì)算機(jī)之間還需要互連，以及不同廠商的設(shè)備之間也要互連。這些要求無疑加劇了系統(tǒng)編程的復(fù)雜性。
評(píng)論