基于儀表系統(tǒng)的嵌入式控制器的開發(fā)研究

　　我們把嵌入式控制器系統(tǒng)分為3個(gè)抽象層次:體系結(jié)構(gòu)平臺(tái)（ARC platform），應(yīng)用程序編程接口平臺(tái)（API platform），定制的應(yīng)用程序平臺(tái)（ASP）。ARC平臺(tái)包含了微處理器存儲(chǔ)系統(tǒng)，接口電路，I/O通道及芯片之間的內(nèi)部連接。微處理器系統(tǒng)由S3C2410微處理器、FLASH, SDRAM, CS8900A網(wǎng)絡(luò)控制芯片等一族“微架構(gòu)”組成。API平臺(tái)包括RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，嵌入式Web服務(wù)器，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。API平臺(tái)是軟件抽象層，把ARC平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行封裝。API平臺(tái)提供接口服務(wù)，并對(duì)這些接口按類別進(jìn)行分組。比如用戶需要知道RTOS是否提供占先式任務(wù)調(diào)度接口，嵌入式Web服務(wù)器提供的HTTP, TCP/IP接口。ASP平臺(tái)提供用戶的直接操作界面和專門的應(yīng)用服務(wù)，如讓用戶通過瀏覽器查看和設(shè)定智能儀表的控制參數(shù)。

　　圖3 平臺(tái)的劃分

　　在每個(gè)平臺(tái)都有相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）的要求。在ARC平臺(tái)對(duì)功耗、存儲(chǔ)量、處理速度、通訊能力等都有要求。S3C2410, CS8900A等芯片可以很好的滿足這些要求。在API平臺(tái)對(duì)運(yùn)行任務(wù)的個(gè)數(shù)，任務(wù)切換時(shí)間等也有要求，嵌入式Web服務(wù)器和嵌入式Linux能滿足這些要求。在ASP平臺(tái)要求進(jìn)行實(shí)時(shí)的參數(shù)查看和參數(shù)設(shè)定。采用Java Applet能很好的做到這些。

　　對(duì)嵌入式控制器系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)的劃分，并且對(duì)各個(gè)平臺(tái)提出相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量參使我們?cè)谠O(shè)計(jì)的初始階段對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)有全局的觀念，由于各個(gè)平臺(tái)之間相對(duì)獨(dú)對(duì)以后出現(xiàn)的新的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)修改具有很好的適應(yīng)能力。

　　5 基于UML-RT的嵌入式控制器設(shè)計(jì)

　　在對(duì)嵌入式控制器劃分平臺(tái)后，我們可以用UML-RT的符號(hào)體系對(duì)嵌入式控制器系統(tǒng)進(jìn)行建模。我們把建模的過程分為兩個(gè)階段。第一階段是考慮系統(tǒng)的對(duì)外接口。第二階段是考慮系統(tǒng)內(nèi)部的平臺(tái)建模。

　　在第一階段，嵌入式控制器的建模見圖4。根據(jù)前面用例圖的需求分析，得出系統(tǒng)需要與環(huán)境交互的端口有兩個(gè):一個(gè)是與控制對(duì)象即智能儀表進(jìn)行通訊。一個(gè)是和用戶進(jìn)行交互。為了支持和用戶交互以及控制對(duì)象通訊，我們定義了兩個(gè)容器（capsule）u :User InteRFace和t : Transfer Data。容器p :Process Data則是用來處理數(shù)據(jù)。容器可以包含相關(guān)的軟件和硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳送可通過并口和串口進(jìn)行，這種傳送和處理器藕合的很緊，我們用UML-RT的擴(kuò)展符號(hào)表示。同樣，《SW p1》表示在處理器P1上執(zhí)行的處理與控制對(duì)象通訊的程序。我們用這種方式還可以對(duì)u :User Interface和p :Process Data進(jìn)行細(xì)化。

　　圖4 嵌入式控制器的第一階段表示

　　在第一階段的基礎(chǔ)之上，我們結(jié)合前面對(duì)平臺(tái)的劃分，進(jìn)行平臺(tái)建模。系統(tǒng)的ARC平臺(tái)的建模如圖5所示。

　　圖5 ARC平臺(tái)下的UML-RT建模

　　圖5表示了ARC平臺(tái)的基本組件和它們的拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)，利用這個(gè)圖可以進(jìn)一步的進(jìn)行對(duì)象建模。這個(gè)模型提供了一個(gè)框架，并可以方便的增加，移動(dòng)，替代，修改框架內(nèi)的元素。UML-RT的端口可以有效的表示模型元素之間的接口。

　　API平臺(tái)處于ARC平臺(tái)和ASP平臺(tái)之間，包括RTOS嵌入式Web服務(wù)器，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等。從UML-RT角度看，API平臺(tái)是ARC容器與ASP容器之間的通訊管道。在這里ARC容器和ASP容器直接通過連接器相連。

　　ARC Proxy從ASP容器的端口中接收調(diào)用信息，然后把這個(gè)信息通過RTOS API送到合適的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，讓設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序去和ARC平臺(tái)通訊。異步或同步的通訊可以通過這個(gè)方式進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)程序和RTOS是緊密相關(guān)的。ASP平臺(tái)的建模同樣可以通過類似的方式表現(xiàn)。

　　綜上所述，結(jié)合UML-RT和Platform進(jìn)行嵌入式控制器的設(shè)計(jì)，我們看到它們能夠很好的對(duì)嵌入式軟硬件進(jìn)行抽象，提供良好的文檔資料?；赨ML-RT和Platform設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)過程出現(xiàn)的新的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)修改具有很好的適應(yīng)能力，設(shè)計(jì)者可以及早的發(fā)現(xiàn)并更正錯(cuò)誤。