嵌入式軟件中延遲回調(diào)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

　　引言

　　嵌入式系統(tǒng)通常由處理器外掛多種周邊芯片構(gòu)成，工程師需要花較多的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)和調(diào)試這些外圍芯片的驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序的性能將直接決定嵌入式系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。一般地，處理器廠家會(huì)將目標(biāo)應(yīng)用中用到的外設(shè)驅(qū)動(dòng)打包成板級(jí)支持包BSP(board support package)，該BSP提供標(biāo)準(zhǔn)的API給用戶，開(kāi)發(fā)人員只需按指定方式調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)獲取服務(wù)，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而廠家在發(fā)布BSP包前會(huì)做一些測(cè)試來(lái)確保功能和性能。也有例外，工程師有時(shí)不得不定制或重新開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，例如: 1)廠家提供的驅(qū)動(dòng)程序是針對(duì)某一操作系統(tǒng)的，而用戶的系統(tǒng)則是經(jīng)過(guò)充分裁剪甚至無(wú)操作系統(tǒng);2)用戶程序框架很成熟，新的驅(qū)動(dòng)程序需要修改以匹配該軟件框架，并只使用現(xiàn)有的系統(tǒng)服務(wù)。

　　一個(gè)架構(gòu)良好的嵌入式軟件，能提供的系統(tǒng)服務(wù)將涵蓋現(xiàn)時(shí)用到的全部功能，并支持有序擴(kuò)充，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)服務(wù)最重要的是框架簡(jiǎn)潔高效。驅(qū)動(dòng)程序則是構(gòu)筑在系統(tǒng)服務(wù)之上，為應(yīng)用程序提供簡(jiǎn)單易用的與外設(shè)通訊的接口，如圖1所示?！　?/p>

 

　　在事件驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，需要用到的系統(tǒng)服務(wù)就包括回調(diào)函數(shù)(callback functions)，它被廣泛使用來(lái)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。以UART驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槔? 應(yīng)用程序首先向系統(tǒng)申請(qǐng)DMA服務(wù), 由DMA控制器從內(nèi)存中將一個(gè)100字節(jié)的包順序從UART控制器發(fā)出，發(fā)送過(guò)程可能會(huì)持續(xù)1000ms, 發(fā)送完成才可以執(zhí)行后續(xù)相關(guān)任務(wù)。如果內(nèi)核此時(shí)通過(guò)查詢方式獲取發(fā)送狀態(tài)，無(wú)疑將大大地降低系統(tǒng)運(yùn)行效率。更簡(jiǎn)便高效的方式是引入回調(diào)函數(shù)機(jī)制，在初始化時(shí)提供回調(diào)函數(shù)，請(qǐng)求的任務(wù)完成時(shí)該回調(diào)函數(shù)將被自動(dòng)調(diào)用。

　　事件的處理過(guò)程一般和硬件中斷關(guān)聯(lián)在一起。高優(yōu)先級(jí)的處理任務(wù)需要直接放在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求很高的應(yīng)用，中斷服務(wù)程序中應(yīng)盡可能短小。而大量的、長(zhǎng)時(shí)間的處理則可以放入回調(diào)函數(shù)中，以較低優(yōu)先級(jí)(通常是軟件中斷級(jí))運(yùn)行，并隨時(shí)可以被高優(yōu)先級(jí)的其它硬件中斷搶占。這樣的機(jī)制要求對(duì)所有的回調(diào)函數(shù)統(tǒng)一管理和分派，有些可能還要求能設(shè)置回調(diào)函數(shù)的優(yōu)先級(jí)。此時(shí)，回調(diào)函數(shù)并不是在請(qǐng)求的事件發(fā)生時(shí)馬上被執(zhí)行，而是延遲至合理的被調(diào)度時(shí)刻運(yùn)行。這稱(chēng)為延遲回調(diào)(DCB, deferred callback)。

　　以高性能Blackfin和SHARC處理器平臺(tái)為例，ADI公司提供了完備的系統(tǒng)服務(wù)和驅(qū)動(dòng)包(System Service & Device Driver)，它能夠獨(dú)立運(yùn)行，也可與操作系統(tǒng)協(xié)同工作，其中就包括高效率的延遲回調(diào)服務(wù)，用戶編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序的工作被大大簡(jiǎn)化。不過(guò)，一些高實(shí)時(shí)系統(tǒng)比如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器無(wú)需操作系統(tǒng)，類(lèi)似的框架在實(shí)際應(yīng)用中仍顯復(fù)雜。這里介紹的方法以最簡(jiǎn)潔的方式實(shí)現(xiàn)延遲回調(diào)服務(wù)，可單獨(dú)封裝成模塊，應(yīng)用于任何處理器。