[发明专利]面向设备的编程技术与方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式系统软件领域，更具体地说是涉及嵌入式系统面向设备的编程技 术与方法，包括软件编程方法、应用程序编程接口、驱动程序编程接口和通讯协议。

背景技术

嵌入式系统与通用计算机系统同源，可是因为应用领域和研发人员的不同，嵌入式 系统很早就走向相对独立的发展道路，其编程模式与通用计算机系统有较大的区别。一 般来说，嵌入式系统传统编程模式有面向寄存器的编程模式、面向API的编程模式、面 向端口的编程模式等，其中面向寄存器的编程模式仍然占主导地位。

所谓面向寄存器的编程就是软件直接操作硬件提供的编程接口来编写嵌入式软件。 目前，本地硬件提供的编程接口大多数为寄存器，映射到软件能够直接访问的I/O空间 或Memory空间，至于远程硬件，一般需要通过本地的硬件通讯接口来访问，而这个本地 的硬件通讯接口也是需要编程的，它也有寄存器。所以，一般来说，对于所有硬件的访 问，都是按照特定顺序对一个或多个寄存器进行编程。因此这种编程方式就称为面向寄 存器的编程。

面向寄存器的编程模式非常麻烦，效率低下，不是人人都能胜任的。为了方便嵌入 式软件的编写，有些公司编写了软件把硬件屏蔽起来形成API，其它软件则通过API接口 访问硬件。这种通过第三方软件提供的接口来访问硬件的编程模式就是面向API的编程 模式。

面向API的编程模式只需要对硬件细节有大概的了解即可，但需要对API手册进行 详细的阅读才能开发。而不同系统的API可能完全不同，换一种系统，开发人员需要重 新熟悉新的API，并且，不同系统的API功能和性能差异极大，对开发人员的要求也有较 大的差别。

面向端口编程是PLC(可编程逻辑控制器)的编程模式。PLC把所有硬件都虚拟成端口， 通过对端口的读写完成对硬件的控制。PLC最初是为了替代继电器编程，对于复杂程序的 支持还是比较弱，对于远程硬件的支持也比较弱（主要是支持PLC厂商自己的配件）。

传统编程模式对比各种嵌入式系统传统的编程模式各自有各的特点，总结见表1。

传统编程模式的困境

嵌入式系统的历史几乎和通用计算机系统的历史一样长。最初，嵌入式系统都是独 立工作的。传统的编程模式都是面向独立的微控制器（微处理器），操作的硬件都是本 地硬件。

随着时间的推移，嵌入式系统由独立工作走向了网络控制，典型的系统就是集散控 制系统，此时，嵌入式系统的编程模式依然是面向独立的微控制器（微处理器）。要把 这些嵌入式系统组成网络，需要为所有控制器增加兼容的通讯接口硬件，并设计兼容的 通讯协议。而且，每个系统需要对硬件通讯接口进行编程、对通讯协议编程后才可能组 成网络。这个设计无疑是复杂的。

对于联网的控制系统，传统编程模式的对比见表2。

现在，组网的范围更加广泛，不但需要本地组网，还需要远程组网，不但控制设备 之间需要互连，控制设备与普通计算机之间还需要互连，以及不同厂商的设备之间也要 互连，这些要求无疑更加剧了系统编程的复杂性。

针对目前嵌入式系统设计的困境，提出“面向设备的编程”这一个概念，让研发人 员不需要考虑硬件细节和网络细节，使用同一种方式操作本地硬件和远程硬件。与传统 编程模式不同，面向设备的编程模式把所有通过网络连接的嵌入式系统和计算机作为一 个整体考虑，研发人员只需要知道设备地址和设备内端口地址的分配即可，不需要知道 设备如何连接到系统，可以通过有限的几个函数操作设备。

发明内容

为解决现有技术嵌入式系统互联系统中，对本地设备和远程设备的访问需要调用不 同的接口函数，给编程人员带来大量繁琐的工作量的技术问题，本发明提供一种面向设 备的编程方法。

一种面向设备的编程方法，包括：

把所有用网络连接起来的嵌入式系统作为一个整体来考虑，编程不区分远程设备和 本地硬件，使用同样的接口访问本地硬件和远程设备；嵌入式系统包括主控设备和被控 设备,以设备地址唯一识别设备，设备地址与通讯协议无关，以端口地址唯一识别设备的 内部功能；设备地址和端口地址两者共同确定网络中设备的内部功能，对设备地址和端 口地址的读写操作控制网络中设备的内部功能；其中，设备地址是设备在整个系统中的 唯一标识；端口地址是端口在设备内的唯一标识；