基于嵌入式系统软件中间件的开发与研究

马伟顺 魏燕 李合菊 孙锋申

摘 要 随着计算机网络通信技术的快速发展，其技术应用的领域也在逐渐加大，导致嵌入式编程软件的发展也更加迅猛。然而与硬件方面相比，嵌入式软件的发展相对滞后，正因为此对开发嵌入式软件也有了更高的要求。为了使得移植不同嵌入式系统及在嵌入式系统中进行互操作的问题能够解决，笔者对嵌入式系统软件中间件的开发与研究进行了探讨。

【关键词】嵌入式系统 中间件 软件开发

本文针对嵌入式编程软件中间件技术进行了概述，再与国外此项技术的研究进行对比，分析了探讨该项技术的发展。

1 嵌入式编程软件中间件的概述

嵌入式中间件即为在嵌入式程序和嵌入式系统间使用中间件。此中间件在编程接口方面有着统一化的规范，提供给应用程序操作系统的功能。应用编程接口的统一化封装了整个嵌入式系统，使其形成虚拟化操作系统。此虚拟操作系统是对嵌入式系统的继续加工，其使得嵌入式程序有更强的可维护性、可移植性和代码继承性，也使得嵌入式软件完成开发的周期逐年缩短。

一般情况下，嵌入式操作系统可以为用户提供调度控制、消息队列、时钟管理、内存管理、I/O驱动等接口，实现这些接口功能可采取如下方式：先完成最小操作系统原语闭集的实现，接着通过实际应用再完成扩充。

2 国外中间件研究的现状及中间件设计的相关理论

2.1 国外中间件研究的现状

国外对编程接口统一问题的研究起步较早，80年代初期相关研究工作就已经开始逐渐展开。

80年代末期ISO组织与IEEE联合制定了POSIX标准，此项标准依照UNIX系统的接口调用标准完成。其实现了操作系统接口调用的统一化，只有与PIOSIX标准相符的系统才可以实现UNIX程序的运行。

欧洲汽车电子相关行业提出了OSEK_VDX接口标准，此项标准专门为实时、分布式系统结构定制，其主要目标为在汽车工业中进行嵌入式应用。OSEK_VDX对网络管理、通信及操作系统的问题较为关注，在其应用程序、操作系统、网络管理及实例化语言等几大模块内用户可以按照需要完成配置。

2.2 嵌入式中间件设计的相关理论

2.2.1 面向对象的设计模式研究

封装接口有三种方法、抽象类中、函数回调、条件编译。现阶段很多操作系统采用前两种方法，然而随着开发规模的逐渐扩大，此类方法很多缺点也日益明显：一致性差、容易出错、有强制性等。将C++、OO的模板、重載及抽象等特性合理利用，能较好地完成接口的封装与增强，为嵌入式平台提供编程界面及比较灵活的定制能力。

缩减软件开发周期、提高软件质量、减小开发成本是开发软件面临的重要要求，而要想达到这样的要求务必要确保软件产品有较好的可复用性。而面向对象的设计思想与方法可以确保软件可复用性的提升，其编程语言、构架与组件认可度高，其技术使软件质量得到提升并减少软件开发的成本。

运用面向对象的模式进行设计有着如下优点：

（1）有效减小通信类软件开发的耗资；

（2）降低软件开发时的错误率；

（3）改善软件可扩展性与模块性，提升软件整体质量；

（4）增强软件可复用性；

（5）提升嵌入式软件研发平台的性能。

2.2.2 开放实现的中间件设计初探

为满足不同客户的需求，笔者选取了开放实现的嵌入式中间件完成设计。开放实现旨在让编程人员在缺省的实现与需要相满足时，通过常规方式使得模块基本功能得以使用，如果有需要能够用相应的策略控制模块的实现。除此之外，开放实现力求确定实现策略、独立完成功能问题的处理。采用这样的模块，需要提供元界面、基界面两类功能界面。

2.2.3 可移植的中间件设计研究

现阶段在完成嵌入式中间件的设计时，往往针对某一操作系统进行，对系统进行更换时就要依照新系统完成中间件的重新设计。这会导致更换系统时付出大量工作。

通过分析虚拟文件系统，笔者认为设计中间件时可以依照虚拟文件系统的整体结构来进行。操作系统和应用软件不进行直接的交互，而是运用中间件完成交互，扩展操作系统的功能，并对操作系统进行隔离。

3 嵌入式软件系统的功能扩展库

3.1 扩展库结构体系概述

操作系统扩展简称OSE，其是运行在嵌入式OS与UNIX之上的扩展软件包。此中间件扩展、增强了系统的调用。笔者对OSE的体系展开简要概述，其总体结构分为嵌入式应用系统、OSE操作系统基本接口、OSE操作系统扩展接口及嵌入式操作系统几部分。

此扩展库提供十五个模块，典型如文件存取模块、信号量模块、通信模块、内存管理模块、参数控制模块、时间同步管理模块、RDS管理模块等，不同模块作用不同。OSE本身的屏蔽功能确保了不同操作系统间能实现互操作及通信。

3.2 以系统关机模块为例探讨其设计和实现

系统关机即是OSE提供给用户关闭系统的接口，因为网络系统内有其他终端设备，功能的区别导致了关机过程的差异性。关机的结构描述如下：

系统关机模块提供初始化关机、激活关机及登录用户关机三个接口。其中，激活关机有如图1所示的流程图。

4 结语

如今嵌入式系统的应用范围越来越广泛，嵌入式技术也呈现了迅猛的发展趋势。发展嵌入式中间件技术，让开发简便易行、降低开发成本、减小开发周期，已经是软件商业开发未来发展的趋势。笔者对此项技术进行了简要概述，希望为相关从业人员提供参考。

参考文献

[1]揭育柱.面向移动计算的RFID中间件的设计与应用[D].华南理工大学，2010.

[2]王震.基于中间件的嵌入式GUI标准化研究与实现[D].华南理工大学，2013.

作者简介

马伟顺（1970-），男，山东省莱芜市人。硕士研究生学历。现为莱芜职业技术学院副教授。研究方向为智能控制技术，节水灌溉控制技术等。

作者单位

莱芜职业技术学院 山东省莱芜市 271100