嵌入式操作系统嵌入式操作系统HAL原理及原理及BSP实现方法实现方法
经过近些年的发展,随着通用嵌入式操作系统技术的日趋成熟和应用的不断 扩大,一种统一的接口形式得到广泛的
认可和应用,这就是通常所说的板级支持包,即BSP。
随着计算机软硬件技术的快速发展,出现了越来越多的便携设备和智能设备。这些设备中通常包含控制用的CPU和相应的操作
系统;这类特殊的计算机系统叫做嵌入式实时系统。嵌入式实时系统以其简洁高效等特点在计算机、通信等领域中广泛使用。
由于嵌入式实时系统应用环境的特殊性,因此在设计实现过程中存在着许多特殊问题。其中,操作系统及其他系统软件模块与硬
件之间的接口形式是嵌入式实时系 统的主要特征和系统设计过程中的必需环节,也是影响嵌入式系统应用前景的关键问题。经
过近些年的发展,随着通用嵌入式操作系统技术的日趋成熟和应用的不断 扩大,一种统一的接口形式得到广泛的认可和应用,这就
是通常所说的板级支持包,即BSP。
1 嵌入式系统硬件抽象层的原理
1.1 硬件抽象层的引入
嵌入式实时系统作为一类特殊的计算机系统自底向上包含三个部分,如图1所示。
(1)硬件环境:是整个嵌入式实时操作系统和实时应用程序运行的硬件平台;不同的应用通常有不同的硬件环境;硬件平台的多样性
是嵌入式系统的一个主要特点。
(2)嵌入式实时操作系统——RTOS:完成嵌入式实时应用的任务调度和控制等核心功能,具有内核较精简、可配置、与高层应用
紧密关联等特点。嵌入式操作系统具有相对不变性。
(3)嵌入式实时应用程序:运行于操作系统之上,利用操作系统提供的实时机制完成特定功能的嵌入式应用。不同的系统需要设计
不同的嵌入式实时应用程序。
由于嵌入式系统应用的硬件环境差异较大,因此,如何简洁有效地使嵌入式系统能够应用于各种不同的应用环境是嵌入式系统发
展中所必须解决的关键问题。
经过不断的发展,原先嵌入式系统的三层结构逐步演化成为一种四层结构。这个新增加的中间层次位于操作系统和硬件之间,包
含了系统中与硬件相关的大部分功 能。通过特定的上层接口与操作系统进行交互,向操作系统提供底层的硬件信息;并根据操作
系统的要求完成对硬件的直接操作。由于引入了一个中间层次,屏蔽了 底层硬件的多样性,操作系统不再直接面对具体的硬件环
境。而是面向由这个中间层次所代表的、逻辑上的硬件环境。因此,把这个中间层次叫做硬件抽象层 HAL(Hardware
Abstraction Layer)。在目前的嵌入式领域中通常也把HAL叫做板级支持包 BSP(Board Support Package)。图2显示了引入
HAL以后的嵌入式系统结构。BSP的引入大大推动了嵌入式实时操作系统的通用化,从而为嵌入式系统的广泛应用提供了可
能。
1.2 BSP的特点与功能
HAL/BSP的提出使通用的嵌入式操作系统及高层的嵌入式应用能够有效地运行于特定的、应用相关的硬件环境之上,使操作系
统和应用程序能够控制和操作具体的硬件设备,完成特定的功能。因此,在绝大多数的嵌入式系统中,BSP是一个必不可少的层
次。
由于在系统中的特殊位置,因此BSP具有以下主要特点:
(1)硬件相关性
因为嵌入式实时系统的硬件环境具有应用相关性,所以,作为高层软件与硬件之间的接口,BSP必须为操作系统提供操作和控制具
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