嵌入式计算机硬件抽象层与操作系统接口研究

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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果嵌入式计算机硬件抽象层与操作系统接口研究　　随着软件在嵌入式计算机设计中的比重越来越大，为了减少开发成本，软件的可重用性设计就成为嵌入式计算机领域研究的重要问题。特别是应用于安全关键领域的软件，需要投入大量的时间和精力对新开发或移植后的软件进行验证和确认。在软件架构设计阶段进行可重用设计，可大大减少验证和确认工作量，从而降低开发成本，缩短开发周期。　　根据摩尔定律，相同面积硅片上的晶体管封装数量每

2、18个月左右就会增加一倍，而成本却成比例递减。在这一规律驱动下，新器件不断出现、旧器件不断停产，计算机硬件更新的速度很快，但使用嵌入式计算机的系统或设备的生命周期往往很长。在系统或设备漫长的服役期中，如果嵌入式计算机中的器件因故障等原因需要更换，常面临元器件的停产、断档，只能用其它相同或相似功能的器件来替换，替换后的验证和确认往往代价较大。如何保证让原来经过验证的软件可以不加修改地在新的硬件平台上顺利运行是我们面临的新问题。　　随着嵌入式实时操作系统地广泛使用，通过设计硬件抽象层，建立硬件抽象层与操作系统的接口，可以分离硬件和软

3、件，从而较好地解决上述问题。　　1软件结构模型课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果　　硬件抽象层封装了底层硬件的详细信息联盟，为上层软件提供对低级资源的抽象访问。硬件抽象层不仅从逻辑上与操作系统进行分离，而且从空间上进行分离，硬件抽象层、操作系统能够独立编译，分别生成不同的映像。这种结构的好处是：在CPU的体系不发生改变，

4、而仅仅外围芯片和硬件接口更改的情况下，操作系统和应用程序映像不需要重新生成。但这种分离结构使硬件抽象层、操作系统和应用映像间无法直接进行接口互访，需要通过一定的机制完成映像间的接口互访。软件结构模型如图1所示。　　硬件抽象层的结构及功能　　在上述软件结构模型下硬件抽象层的体系结构如图2所示，其功能如下：　　负责完成系统的引导和相关数据结构的初始化，并且启动用户配置的启动映像。　　映像管理。为了有效的对映像实施管理，硬件抽象层包含了一个映像管理模块用于完成映像的管理，管理映像的固化、擦除和加载。映像管理模块直接使用设备驱动完成对存

5、储设备的访问。　　硬件抽象层的核心是所有体系结构芯片和设备相关的驱动程序，这些驱动将利用配置的方式提供给操作系统映像使用，当更换硬件平台时，只要更换合适的硬件抽象层就可以了。课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果　　硬件抽象层包含一个目标机调试代理模块。这个调试代理模块可以完成基于硬件抽象层的软件的加载和调试。调试代理会使用

6、设备驱动提供的功能完成与主机端的通信，并调用映像管理模块的函数进行映像相关操作。　　硬件抽象层与操作系统接口的定义　　硬件抽象层与操作系统接口向操作系统提供了一组标准服务来保证操作系统的硬件无关性，并作为操作系统访问硬件的桥梁。本文硬件抽象层与操作系统接口的定义主要参考了NATOSTANAG4626。根据功能的不同硬件抽象层与操作系统接口可以分为以下7组，如表1所示。　　隔离机制的尝试　　目前国内自主版权的操作系统中还没有完全满足图1所示的软件模型的操作系统，该模型是一个理想模型，本文选用嵌入式系统中广泛使用的VxWorks操作

7、系统开展硬件抽象层与操作系统隔离机制的研究。　　将硬件抽象层与操作系统接口函数加入VxWorks操作系统，改造后的软件结构如图3所示，操作系统内核Wind对硬件的操作只能通过放在操作系统层的函数库来选择合适的接口函数，然后通过调用该函数来访问硬件抽象层中经过改造的BSP函数，从而实现了隔离机制。　　验证与测试课题份量和难易程度要恰当，博士生能在二年内作出结果，硕士生能在一年内作出结果，特别是对实验条件等要有恰当的估计。从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博

8、士生必须有创新性的成果　　硬件抽象层与操作系统接口的引入将原来VxWorks操作系统的功能分为两部分，一部分是接口之上与硬件无关的通用操作系统，另一部分是接口之下的硬件抽象层软件。将原来操作系统直接访问硬件资源变成为通过硬件抽象层与操作系统接口来访问，软件结构如