基于硬件隐藏思想设计MCF5307嵌入式系统驱动程序

　　1 引　言

　　嵌入式系统软件人员经常读取系统外设寄存器和控制寄存器，直接控制硬件，这样对软件开发者来说是一种繁复的事，而且嵌入式微处理器内部集成外设种类越来越多，如串口设备、时钟/定时器设备、IIC总线等，对嵌入式编程带来更多的困难。如果读写硬件的语句散布在整个应用程序中或者不同的功能模块可能会读写同一个硬件，那么当系统硬件发生变动时，应用程序就必须全盘重写。怎么避免这样的情况?一个好的方法就是按照尽量隐藏硬件的原则编制设备驱动程序。

　　在设计驱动程序中尽量隐藏硬件，有几个优点：①因为模块化，软件的总体结构更容易理解;②只要是与某一个外设相互作用，必然是通过他的驱动程序来起作用的，这样查找错误和故障就更容易些;③由硬件的变动导致的软件变化集中在设备驱动程序上，这样做有助于减少系统变动时改变软件设计工作量，尽量做到软件复用，缩短开发周期，这对提高产品竞争能力有实际意义。

　　2 编写设备驱动程序的方法和步骤

　　本文以摩托罗拉公司冷火系列(coldfire)嵌入式 微处理器MCF5307定时器为例，讨论在用C++语言编写嵌入式系统驱动程序时，如何做到尽量隐藏硬件的方法和步骤。

　　(1)覆盖设备的存储映像控制及状态设备寄存器数据结构

　　MCF5307的寄存器C语言描述文件是MCF5307.h，这个文件对MCF5307的系统寄存器和片上外设控制和状态寄存器以结构或联合的方式做了定义。在Timer.cpp添加MCF5307.h并在头文件文件中定义MCF5307_IMM类型全局指针变量imm后就可以访问这些寄存器(使用timer1)。如下所示：

　　#define MBAR_ADDR

　　0x10000000

　　#define VBR 0x0

　　MCF5307_IMM

　　*imm=(MCF5307_IMM*)MBAR_ADDR;

　　在timer类构造函数中对MCF5307定时器控制和状态寄存器作硬件初始化，使其产生周期为1 ms的节拍中断。

　　(2)跟踪目前硬件和设备驱动状态的一组变量

　　驱动程序开发过程的第二步是确定变量来跟踪硬件和设备驱动的状态。比如，要确定硬件是否已经初始化过或跟踪当前计数器的值。

　　设备的驱动不只创建一个软件设备，他们纯粹是逻辑设备，在基本外围硬件之上实现。容易设想从单独钟，正如在Windows下定时器编程一样。系统的定时器应该被设置以产生一个周期性的时钟节拍(tick)，比如ms。设备驱动则保持创建的每个软件时钟的状态信息来管理一组不同长度的软件时钟。

　　(3)一个把硬件初始化到已知状态的例程

　　确定跟踪物理和逻辑设备的状态的变量后，接下来是实际与设备交互和控制函数。首先从设备初始化例程开始，把设备状态设定到一个已知的状态。然后就是启动定时器，并且在启动时设定类型(周期的，还是非周期的)、周期参数、删除定时器等。