引言

　　對嵌入式軟件構件平臺而言，其支撐平臺首先是一個嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)，其次為整個軟件構件的設計提供開發(fā)工具和集成環(huán)境。在支撐平臺的設計過程中，可以借鑒領域工程的思想，將整個嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)設計成一個系統(tǒng)級的軟件構件庫。這樣不但實現了嵌入式操作系統(tǒng)的可裁剪性，而且由于從嵌入式操作系統(tǒng)到應用程序的設計都是基于離散化的軟件構件，因此方便了嵌入式控制應用軟件設計時的集成和調試。為了方便軟件構件的管理，可以將系統(tǒng)級和應用級的軟件構件庫綜合成一個功能完備的軟件構件庫。它包括從嵌入式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)層、支撐層和應用層所需的一切軟件構件，因而具有功能的完整性[1]。

　　1 嵌入式軟件構件平臺的體系結構

　　嵌入式軟件構件平臺的體系結構如圖1所示，它包括系統(tǒng)層、連接層(支撐層)和應用層3個部分。系統(tǒng)層屬于領域工程的范疇，它利用領域工程的分析方法對嵌入式控制系統(tǒng)進行分析、抽象和提煉，并分解成相應的系統(tǒng)類和應用類功能模塊。連接層是一個嵌入式軟件構件平臺，它實現系統(tǒng)層和應用層之間的無縫連接，即提供軟件構件一個集成開發(fā)平臺。應用層屬于應用工程的范疇，用戶根據實際的嵌入式控制系統(tǒng)的控制要求和目標，從軟件構件庫中選取所需軟件構件，經集成后生成實際的嵌入式控制應用程序。

                  圖1 嵌入式軟件構件平臺的體系結構

　　2 嵌入式軟件構件平臺的設計

　　該軟件構件平臺是基于TMS320F2812 DSP芯片構建的一個構件化的嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)。在設計時充分利用了平臺體系結構所述的設計思想，程序的可讀性和裁剪性非常好。其特點是：

　　① 設計了操作系統(tǒng)和系統(tǒng)兩個數據結構。為了方便支撐平臺的設計和對系統(tǒng)資源的集中管理，設計了操作系統(tǒng)數據結構，該數據結構為平臺設計者獨占，用戶沒有訪問該數據結構的權限；另外，為了便于用戶程序與操作系統(tǒng)之間的交互以及對系統(tǒng)資源的訪問、申請，設計了系統(tǒng)數據結構。該數據結構用戶是可見的，也是應用程序訪問操作系統(tǒng)的唯一途徑。

　　② 配置了一個最小系統(tǒng)。其主要功能是當接到啟動指令后對指令進行確認并判斷啟動方式；然后，根據啟動方式完成微處理器的CPU寄存器和一些外圍寄存器的初始化，并且對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)兩個數據結構進行初始賦值。但它不能實現任何的控制功能，完成初始化后就處于系統(tǒng)掃描狀態(tài)。

　?、?系統(tǒng)設計的任務數小于或等于16（即一個字長），這樣一來任務的調度算法相對比較簡單，而且完全能夠滿足嵌入式實時控制系統(tǒng)應用的要求。每一個任務指定唯一的優(yōu)先級，其任務優(yōu)先級與任務標識一致，優(yōu)先級越高的任務其優(yōu)先級ID就越低?？晒┤蝿者x擇的優(yōu)先級ID范圍是0～15，其中系統(tǒng)保留了最高和最低優(yōu)先級任務。通信及系統(tǒng)同步采用了信號量方式(可以擴展)，設計了P操作和V操作兩種軟件構件，對系統(tǒng)進行通信和同步管理；同時，設計了創(chuàng)建任務和任務開始兩個軟件構件，分別為任務的建立和結束提供系統(tǒng)管理。

　　④ 設計了任務調度、任務切換、任務上鎖、虛擬消息等軟件構件，實現系統(tǒng)對多任務的控制和管理。為了方便系統(tǒng)的任務切換，整個支撐平臺系統(tǒng)設計了兩類堆棧——系統(tǒng)堆棧和任務堆棧。

　　2.1 構件接口軟件的設計

　　由于本構件裝配是采用語言組態(tài)的軟件構件集成方式，因此接口的定義類似于組態(tài)入口參數序列。它主要包含軟件構件標識信息、軟件構件注冊信息及軟件構件的配置信息。標識信息識別目前所用的是哪一個軟件構件，并給出了軟件構件的切入點(虛擬地址指針)；注冊信息包含軟件構件向操作系統(tǒng)申請的系統(tǒng)服務和系統(tǒng)資源，操作系統(tǒng)在得到注冊信息后，為軟件構件提供相應的系統(tǒng)服務和分配所需的系統(tǒng)資源；配置信息包括軟件構件在不同的系統(tǒng)狀態(tài)下所需的參數信息，它可以以數據或地址的狀態(tài)給出。接口類軟件主要是完成應用程序與支撐平臺的交互，起到一個系統(tǒng)接口界面的作用，方便了用戶對支撐平臺的訪問。它包括錯誤觀察WatchErr()、參數注冊SysCompReg、獲取整型量*GetAddN()、獲取浮點數*GetAddF()、獲取結構體*GetAddS()、取開關量Sys_GetBit()、存開關量Sys_BitGetvalue()、浮點數上/下限限幅Sys_Fmaxmin()、整型量上/下限限幅Sys_Nmaxmin()等函數。

　　2.2 系統(tǒng)配置類軟件構件的設計

　　這類構件在系統(tǒng)軟件集成時最多只能使用一次，主要完成系統(tǒng)資源的配置以及一些系統(tǒng)功能的啟用，包括系統(tǒng)開始、系統(tǒng)結束、擴展、擴展內存等構件。

　　2.2.1 設計系統(tǒng)開始構件

　　一個嵌入式控制應用程序必須包括且僅包括一個系統(tǒng)開始構件，而且該構件位于軟件構件組態(tài)集成序列的末端。系統(tǒng)循環(huán)掃描一開始時，首先進入的便是該構件。該構件的功能是根據系統(tǒng)所處的系統(tǒng)狀態(tài)，對系統(tǒng)參數、程序空間進行配置。其接口定義如下：