设备驱动层

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设备驱动层

驱动层一般由硬件抽象层（HAL）、板级支持包（BSP）和驱动程序组成，是嵌入式系统中不可或缺的重要部分。它的作用是为上层程序提供外部设备的操作接口，并且实现设备的驱动程序。上层程序可以不管操作的设备内部实现，只需要调用驱动的接口即可。

硬件抽象层（HAL）

硬件抽象层的层次结构

HAL层可细分为：common HAL(通用抽象层)、architecture HAL(体系结构抽象层)、variant HAL(变体抽象层)和platform HAL(平台抽象层)。

体系结构抽象层：eCos所支持的不同处理器系列具有不同的体系结构，如ARM系列、PowerPC系列、MIPS系列等，体系结构抽象层对CPU的基本结构进行抽象和定义，此外它还包括中断的交付处理、上下文切换、CPU启动以及该类处理器结构的指令系统等。变体抽象层指的是处理器在该处理器系列中所具有的特殊性，这些特殊性包括Cache、MMU、FPU等，eCos的变体抽象层就是对这些特殊性进行抽象和封装。

平台抽象层是对当前系统的硬件平台进行抽象，包括平台的启动、芯片选择和配置、定时设备、I/O寄存器访问以及中断寄存器等。

硬件抽象层的这三个子模块之间没有明显的界线。对于不同的目标平台，这种区分具有一定的模糊性。例如，MMU和Cache可能在某个平台上属于体系结构抽象层，而在另一个平台上则可能属于变体抽象层的范围；再比如，内存和中断控制器可能是一种片内设备而属于变体抽象层，也可能是片外设备而属于平台抽象层。

eCos的移植通过这三个子模块来完成，即平台抽象层的移植、变体抽象层的移植和体系结构抽象层的移植。对一个新的体系结构来说，其体系统结构抽象层的建立相对来说比较困难，需要编写新的体系结构抽象层。eCos支持大部分当前广泛使用的嵌入式CPU，已具有了支持各种体系结构的硬件抽象层。因此，eCos的移植很少需要进行体系结构抽象层的编写。

一般来说，进行eCos开发时，移植的主要工作在于变种抽象层和平台抽象层，这是由于eCos已实现了绝大多数流行嵌入式CPU的体系结构抽象层。其中，平台抽象层主要完成的工作包括：内存的布局、平台早期初始化、中断控制器以及简单串口驱动程序等

嵌入式系统通常包含三个部分：

嵌入式应用程序

嵌入式操作系统

硬件平台

应用程序运行在操作系统之上，利用操作系统提供的接口完成特定功能。操作系统一般是RTOS，完成应用的任务调度和控制等核心功能。硬件平台根据应用的不同，所具备的功能各不相同，而且所使用的硬件设备也不一样，因此具有复杂的多样性。

由于硬件平台的复杂多样，针对不同平台进行操作系统的移植是极为耗时的工作，因此经过不断发展，嵌入式系统的三层结构演化为四层结构，即在操作系统层和硬件平台之间，增加硬件抽象层（HAL）。

硬件抽象层本质上就是一组对硬件进行操作的API接口，是对硬件功能抽象的结果。硬件抽象层通过API为操作系统和应用程序提供服务。一般上HAL包含相关硬件的初始化、数据的输入输出操作、硬件设备的配置操作等功能。

有了硬件抽象层，操作系统和应用程序就不需要关心底层的硬件平台信息，内核与硬件相关的代码也不必因硬件的不同而修改，只要硬件抽象层能够提供必需的服务即可，从而屏蔽底层硬件，方便进行系统的移植。

HAL只是对硬件的一个抽象，对一组API进行定义，却不提供具体的实现。通常HAL 各种功能的实现是以BSP的形式来完成对具体硬件的操作的。

HAL设计的一些要素是：

与硬件的密切相关性

与操作系统的无关性

接口的功能包括硬件或者系统所需硬件支持的所有功能

接口简单明了

板级支持包（BSP）

板级支持包是介于系统硬件和操作系统的驱动程序之间的一层，是HAL的具体实现，所以有些人也称BSP层位HAL。

BSP主要实现对操作系统的支持，为上层驱动程序提供访问硬件设备寄存器所需的函数，使之能够更好的运行于硬件主板。

BSP的特点有：硬件相关性，BSP程序直接对硬件进行操作；操作系统相关性，不同操作系统的软件层次结构不同，硬件抽象层的接口定义不同，因此具体实现也不一样。BSP，一定要按照操作系统的接口定义来实现，因此，大多数的BSP编程过程都是在某一个成型的BSP模板上进行修改。

具体功能体现在两个方面：

1.系统启动时，完成对硬件的初始化，如对系统内存，寄存器以及设备的中断设置等。

2.为操作系统的通用设备驱动程序提供访问硬件的手段，亦即硬件相关的设备驱动。

设备驱动程序

设备驱动程序是指操作系统中的驱动程序，为上层软件提供设备的操作接口，必要的时使用BSP提供的函数来实现硬件设备操作。驱动程序的好坏直接影响系统的性能。BSP（board support package）板级支持包BSP（board support package）是板级支持包，是介于主板硬件和操作系统之间的一层，应该说是属于操作系统的一部分,主要目的是为了支持操作系统，为上层的驱动程序提供访问硬件设备寄存器的函数包，使之能够更好的运行于硬件主板。在嵌入式系统软件的组成中，就有BSP。BSP是相对于操作系统而言的，不同的操作系统对应于不同定义形式的BSP,例如VxWorks的BSP和Linux 的BSP相对于某一CPU来说尽管实现的功能一样，可是写法和接口定义是完全不同的，所以写BSP一定要按照该系统BSP的定义形式来写（BSP的编程过程大多数是在某一个成型的BSP模板上进行修改）。这样才能与上层OS保持正确的接口，良好的支持上层OS。

BSP主要功能为屏蔽硬件，提供操作系统及硬件驱动，具体功能包括：

1. 单板硬件初始化，主要是CPU的初始化，为整个软件系统提供底层硬件支持

2. 为操作系统提供设备驱动程序和系统中断服务程序

3. 定制操作系统的功能，为软件系统提供一个实时多任务的运行环境

4. 初始化操作系统，为操作系统的正常运行做好准备。