[发明专利]一种基于模型与中间件的嵌入式系统软硬件解耦架构

说明书

本发明涉及系统软硬件解耦架构领域，尤其涉及一种基于模型与中间件的嵌入式系统软硬件解耦架构。其包括通信与硬件和OS解耦模块、通用数学计算与硬件解耦模块、功能代码的调度与OS解耦模块以及存储读写与硬件解耦模块。本发明在嵌入式软件设计领域，彻底抛弃由“文件、函数、变量”组合、扩展构成代码的结构化编程思路，引入面向对象的“模型”概念，抽象并设计各种模型，为软硬件解耦奠定了坚实基础。“功能实现”与“控制”、IO、通信解耦，“功能实现”中不再夹杂上述功能的代码。能够以模型的形式高效复用。将嵌入式系统复杂的通信形式(片内/片间、多种通信链路、多种通信协议)以统一接口为应用层服务，且与硬件和OS解耦。

技术领域

本发明涉及系统软硬件解耦架构领域，尤其涉及一种基于模型与中间件 的嵌入式系统软硬件解耦架构。

背景技术

嵌入式处理系统主要特点如下：处理芯片种类繁多且与计算机CPU的架 构差别较大，有其独特的指令集。常见的处理芯片有：DSP(TIC6x系列)、 PowerPC、FPGA、FT6678(国产DSP)、ARM、飞腾系列(国产CPU，ARM内核)、 华为海思等。操作系统种类繁多且与芯片有一定的关联。常见的有SYSBIOS (DSP)、OSE(DSP、PowerPC)、VxWorks(PowerPC)、睿华(DSP、国产)、天 脉(PowerPC、飞腾等，国产)。操作系统实时性较高，主要体现在中断响应、 线程间通信等方面，时延通常为微秒级。处理器间互联种类及通信协议多样。 常见的互联方式有以太网(UDP或TCP/IP协议)、SRIO(RapidIO、RocketIO 协议)、PCI-E等。存储形式与计算机CPU不同，比如DSP片内存储空间有限， 但读写带宽大，计算性能高。片外存储器空间大，但读写带宽低。目前，嵌 入式系统软硬件解耦的主要缺点如下：

一、采用结构化的设计思路，基于文件、函数扩展。这种设计方式导致 单个功能的结果不可避免的要提供给其他功能使用，因此功能文件中将“参 杂”通信。功能调度和功能实现紧密耦合，而任务(线程)的创建、调度以 及线程间通信都与OS紧密耦合。

二、采用标准计算函数库完成算法中的通用数学计算(比如线性代数、 统计等)，计算速度和实时性能够得到保障。这种设计方式导致标准计算库与 硬件耦合，更换硬件时仍然需要换新的计算库并修改应用层代码。

三、采用操作系统提供的API完成同一处理器线程/任务间或以太网通 信，采用基于BSP封装的API完成SRIO、PCI-E通信。这种设计方式导致功 能处理代码广泛调用与OS有关的API，更换OS时应用层程序需大范围改动。 当系统规模或者拓扑关系发生变化时，功能处理代码不能直接复用并部署到 新节点。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，提出一种基于模型与中间件的嵌入式系 统软硬件解耦架构。本发明在嵌入式软件设计领域，彻底抛弃由“文件、 函数、变量”组合、扩展构成代码的结构化编程思路，引入面向对象的“模 型”概念，抽象并设计各种模型，为软硬件解耦奠定了坚实基础。“功能 实现”与“控制”、IO、通信解耦，“功能实现”中不再夹杂上述功能的代 码。能够以模型的形式高效复用。将嵌入式系统复杂的通信形式(片内/

片间、多种通信链路、多种通信协议)以统一接口为应用层服务，且与硬 件和OS解耦。

本发明提出一种基于模型与中间件的嵌入式系统软硬件解耦架构，包括 通信与硬件和OS解耦模块、通用数学计算与硬件解耦模块、功能代码的 调度与OS解耦模块以及存储读写与硬件解耦模块。架构步骤如下：

S1、抽象并设计各种模型，由模型及其互联构成软件代码，为软硬件彻 底解耦奠定坚实基础；

S2、以模型抽象为支撑，构建通信、计算、操作系统接口、存储读写等 四种中间件，形成基于资源配置与映射的嵌入式系统中间件体系；

S3、通过模型抽象与通信中间件、OS同一接口服务中间件支撑，实现通 信与硬件和OS解耦；