隨著計算機技術的飛速發(fā)展，嵌入式操作系統廣泛用于航空航天、工業(yè)控制、通訊等領域。其主要通過對計算機及機電系統接口的管理來實現對其它設備的控制、監(jiān)視和管理功能。本文介紹了中斷技術、緩沖技術、通道技術以及DMA 技術等四種嵌入式操作系統設備管理。并通過虛擬儀器labview 程序設計對嵌入式操作系統驅動程序進行了開發(fā)設計。

　　1 嵌入式操作系統及其硬件設備

　　嵌入式操作系統（Embedded Operating System，簡稱：EOS），是指在嵌入式系統中包含有操作系統的計算機系統，它是嵌入式系統設計的核心，是控制、輔助系統運行的重要單元。其主要包括軟件層和硬件層。典型的嵌入式系統如圖1 所示；

圖1

　　EOS 常見主要有Windows Embedded 操作系統。嵌入式Linux 操作系統。VxWorks 操作系統。手機類的Android操作系統、手機類iOS 操作系統、uClinux 系統等。EOS可以分為實時性嵌入式操作系統以及非實時性嵌入式操作系統。實時性主要是針對通信領域以及控制方面來進行的，非實時性則主要是針對消費類進行的。硬件層主要包括嵌入式處理器以及嵌入式外圍設備，嵌入式處理器主要包括微處理器、微控制器、DSP 處理器（即數字信號處理器）、嵌入式片上系統芯片等具有控制功能的硬件設備。

　　嵌入式外圍設備則是指除了嵌入式微處理器之外的硬件設備，主要包括用于存儲功能的存儲設備。用于通信連接功能的通訊設備以及顯示類設備等。

　　2 嵌入式操作系統中設備管理

　　EOS 中設備管理主要是指對嵌入式操作系統中的嵌入式處理器（包括微處理器。微控制器。DSP 處理器以及嵌入式片上系統芯片）以及嵌入式外圍設備進行管理。嵌入式外圍設備具體包括：ROM 存儲器、RAM 存儲器、SRAMDRAM 存儲器、FLASH 存儲器、EPROM 存儲器、嵌入式計算機與機電系統接口（如串口、以太網接口、I2C接口、USB 接口以及紅外接口等）、觸摸屏幕、LCD 顯示屏幕等。嵌入式微處理器的設計是基于計算機系統的處理器進行的，主要包括Power PC、Aml86/88、ARM 等；嵌入式微控制器多用于工業(yè)方面的控制，實現嵌入式微控制器擴展功能的模塊主要包括I/O 接口、D/A 與A/D 轉換接口等。嵌入式片上系統芯片主要包括CPU 單元（中央處理器）、外部電路、外部接口、存儲模塊等。

　　對設備進行管理的目的主要有兩方面：第一是通過對設備的管理使設備的利用率得到提高；第二是通過對設備的管理使得操作系統更簡潔。友好，有利于操作方式簡便、統一。首先關于設備的利用率，是通過中斷技術。緩沖技術。通道技術以及DMA技術等對系統各種設備統一管理，可以提高I/O 接口以及CPU 等運行效率。

　　在計算機應用中，EOS 的設備管理即是對計算機進行控制，本文主要從計算機控制角度介紹EOS 的設備管理。

　　計算機設備控制管理技術是一種主要作用于嵌入式計算機及機電系統接口應用中的技術，主要包括中斷技術、緩沖技術、通道技術以及DMA 技術等。中斷技術是指在嵌入式系統中，通過中斷驅動的方式對I/O 接口進行管理控制，流程是檢測I/O 接口控制器所處狀態(tài)，或出錯或準備就緒。讀取指令，然后向RAM 寫入指令，或傳送完成或沒有完成，沒有完成便向I/O 接口控制器發(fā)送一條指令；緩沖技術可以用來減少CPU 與I/O 接口匹配不符的矛盾，緩沖系統主要分為硬件緩沖以及軟件緩沖，硬件緩沖是指用作緩沖器功能的專用寄存器，軟件緩沖是指EOS 中劃出的用于緩沖的區(qū)域，緩沖也可分為循環(huán)緩沖。單緩沖以及雙緩沖等；通道技術是指與設備控制器一起，通過通道程序實現對I/O 接口的控制管理，其特點是指令中含有的信息量較大，對I/O 接口的指令主要分為I/O 指令和通道指令；DMA 技術即直接存儲器訪問模式，可以進一步使CPU 對I/O 接口干預減少，主要包含數據預處理。傳送數據。數據后處理等階段。

　　3 嵌入式操作系統中設備驅動程序的開發(fā)

　　關于EOS 中設備驅動程序的開發(fā)，本文主要基于的驅動程序開發(fā)環(huán)境是虛擬儀器labview 程序設計，并且涉及DSP 應用以及捷聯慣導系統（SINS）中陀螺儀信號的檢測和分析等。

　　Lab view 是程序開發(fā)環(huán)境的一種，由美國國家儀器公司（NI 公司）研發(fā)， Lab view 編程系統的函數庫主要包括采集數據、分析數據、顯示數據、存儲數據、GPIB 以及串口控制等。與C、Basic 等開發(fā)環(huán)境相比較，Lab view的不同之處在于其所使用的計算機開發(fā)語言為基于圖形化編輯的G 語言，其產生的驅動程序形式為框架圖形式，而其他計算機語言如C 語言等，大部分是基于文本格式。

　　虛擬儀器即virtual instrument 是一種數據采集系統，它的組織依據是儀器的需求。虛擬儀器主要應用于Lab view編程系統，主要依據的理論原理是DSP 以及計算機數據采集。

　　在lab view 中開發(fā)設備驅動主要有三種方法：直接對端口進行讀寫。通過CLF（Call Library Function）節(jié)點調用DLL 函數，以及通過CIN 節(jié)點調用由C 語言編寫的程序，基于EOS 中設備驅動程序開發(fā)的lab view 程序設計步驟主要包括：分析EOS 設備驅動程序開發(fā)任務（包括分析開發(fā)最終目標。會出現的問題以及解決方案等），將虛擬儀器嵌入Lab view 編程系統（DSP 應用以及捷聯慣導系統中陀螺儀信號的檢測和分析），對算法進行設計（主要包括選擇程序開發(fā)過程中的算法以及詳細步驟等），進行編程程序（將算法編寫成為計算機G 語言，并編輯。翻譯。連接源程序），調試程序（對編寫出來的EOS 設備驅動程序進行試運行，并分析其結果，如果有不符合要求的地方，對其進行調試），記錄程序設計步驟并編制說明書。

　　捷聯慣導系統中陀螺儀信號的檢測和分析主要是指對陀螺儀表等慣性元件的原始信號進行傳感。測試度量、數據采集、數據分析的步驟、DSP 是用數字形式對信號進行處理的技術，處理方式主要包括分析處理、濾波處理、變換處理、檢測處理、解調處理、快速計算以及調試處理等。DSP 設計包括預設數據以及信號指標、語言模擬、DSP 硬件設計、DSP 軟件設計等。DSP 主要應用于處理信號、處理語音、處理圖像、儀器儀表信號處理、軍事、醫(yī)療等方面，DSP 技術也可以應用于儀器儀表的信號檢測和分析中。

　　4、結論

　　本文通過對嵌入式操作系統硬件設備以及驅動程序的研究，深入淺出地闡述了嵌入式操作系統中設備的機制、類型；管理的對象、目的以及控制技術；重點介紹了虛擬儀器lab view程序對設備驅動程序開發(fā)的概念、特點、通用設計方法、流程以及在航空、航天等軍事慣性導航領域的應用。