PH软件公司承接了一项嵌入式系统软件研发项目。该项目主要用于车载电子系统中监视发动机及燃油系统等系统工作状况,并通过综合仪表显示给驾驶员。经过多次与用户沟通,形成以下技术要求。
(1)本项目的硬件平台由主处理机模块和多种接口模块组成,底板采用标准VME总线(硬件结构图如下图所示),具体硬件模块配置如下。
①主处理机模块(CPM)采用PowerPC755,主频266MHz,配有SDRAM存储器和Flash存储器;提供一个定时/计数器;支持16级中断和二级Cache。
②输入/输出模块(IOC)支持16路RS422接口信号,传输速率不低于115.2kbps,IOC模块与CPM模块的数据交换采用64KB端口存储器。
③离散量接口模块(DAM)支持64路开关型离散量输入/输出接口;2路频率量输入:12位A/D转换器和12位D/A转换器。
④图形处理模块(GPM)用于显示图形,支持OpenGL标准接口软件。
⑤MBI模块主要提供1553B外总线接口,PSM为电源支持模块。
(2)本项目软件主要工作在CPM模块中,完成对外部设备的数据采集、分析和相应的控制,将监视结果以图形方式显示给驾驶员。该系统的软件主要包括外部接口驱动软件、VME数据传输软件、处理软件、图形显示和外总线(1553B)数据交换软件。要求数据的采集必须确保每帧数据无丢失,并在本帧内完成数据的处理工作,本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下帧。详细的技术要求如下。
①16路RS422接口主要完成对汽车燃油系统、动力系统和驾驶员命令的数据采集与控制。RS422数据传输格式将以32B为基本数据块,分别以20ms、40ms、60ms和1s这4个不同周期交换数据。
②64路离散量数据主要监控发动机的工作状态,要求每10ms采集一次,并在下一个10ms周期内将发动机状况显示到驾驶员座舱。
③多路模拟量数据主要采集发动机转速、油量,以及汽车的其他数据,为驾驶员监控汽车状态提供必要的量化数据。模拟量数据的刷新频率为1s。
④外总线(1553B)主要完成该系统与汽车其他电子系统的数据交换。
PH公司将本项目交给项目主管郭工实施,要求郭工按技术要求完成本项目的软件设计工作,公司根据合同关于“数据的采集必须确保每帧数据无丢失,并在本帧内完成数据的处理工作,本帧信息显示给驾驶员的时刻最晚不能超过下帧”的要求,提醒郭工在设计中要重点考虑整个系统的实时性问题。郭工完成设计后,提交公司评审,会上就郭工设计中存在的缺陷展开了激烈讨论,最终达成一致。
请用200字以内的文字说明针对IOC模块的多路RS422接口的数据采集,其驱动程序分别使用中断方式和查询方式的主要差别是什么这两种方式的主要优缺点有哪些
参考答案:
(1)中断方式是在程序接收或发送每一个字节时,均产生中断信号,发送中断用于通知处理器一个字节已经发送完成;接收中断用于通知处理器在RS422接口中有一个字节数据达到。查询方式主要用程序读取RS422接口的寄存器,判别接口是否有数据到达或接口发送缓冲区是否为空。
(2)中断方式:及时响应数据,不会产生数据丢失;系统开销大,实现较复杂。
查询方式:软件实现简单,接收数据快,系统开销小;不能及时响应。
解析:
本问题要求考生理解中断方式和查询方式之间的差别,并能根据系统的具体技术要求进行综合考虑。
通常情况下,在进行嵌入式系统设计时,对于数据输入/输出处理的方法有中断驱动和查询驱动两种方式。中断方式是在程序接收或发送每一个字节时,均产生中断信号,发送中断主要通知处理器一个字节已经发送完成;接收中断主要通知处理器在RS422接口中有一个字节数据达到。中断方式具有及时响应数据,不会产生数据丢失等优点,但其系统开销大,实现较复杂。
查询方式主要用程序读取RS422接口的寄存器,判别接口是否有数据到达或接口发送缓冲区是否为空。查询方式具有软件实现简单、接收数据快,以及系统开销小等优点,但主要存在不能及时响应等缺点。例如,如果双口存储器和离散量接口是直接访问存储器,则采用查询驱动方式较合适。A/D和D/A这两种接口存在数据的转换时间,应在等待时交出处理机时间,因此选用定时查询驱动方式较合适。
由于嵌入式处理器的工作速度远远比数据传输速度快,在采集时不易消耗太多的时间,而查询驱动方式存在等待数据时间,需要消耗较多的处理机时间。因此RS422接口适合采用中断驱动方式,或者在实现时,可根据具体要求,将两种方式结合使用。