CN103425461B - 一种编程接口技术实现方法及计算机系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于计算机领域，提供了一种编程接口技术实现方法，所述方法包括：定义基本输入输出系统编程接口的基本输入输出系统BIOS层接口，所述BIOS层接口用于实现对计算机底层硬件的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口，所述操作系统驱动层接口用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用。本发明还提供一种计算机系统，包括：应用程序层和硬件层，基本输入输出系统编程接口层。本发明提供的技术方案具有开发周期短、安全性和可靠性高，开发及维护成本低，可移植性好的优点。

Description

一种编程接口技术实现方法及计算机系统

技术领域

本发明属于计算机领域，尤其涉及一种实现计算机编程接口的技术。

背景技术

计算机技术的飞速发展，使计算机系统应用到社会、生活的不同领域，如工业、交通、教育、金融、能源等等。在产业链中，上游计算机主板或整机开发商，一般根据不同应用领域的应用需求提供不同的硬件设备产品给不同的下游设备集成商或客户。下游集成商或客户，在其具体的计算机硬件平台上开发符合自己应用要求的软件，以搭建相应的控制系统应用到各个行业内。对不同的硬件平台，其存在不同的差异，如硬件实现方式、访问方式等等，当硬件平台升级或客户需求的变更，就相对应一次的二次开发，耗费一定的工时、人力以及维护成本。

从计算机主板或整机开发商长期发展战略角度看，制定计算机系统编程接口的接口规范具有重要意义。它可以提高公司产品竞争力和附加值，缩短产品开发周期，节省非常可观的产品开发及维护成本。

基本输入输出系统（Basic Input Output System，BIOS）是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。现有技术提供了一种计算机的接口技术，该技术主要是针对具体的主板硬件，如通用输入输出接口（General Purpose Input Output，GPIO），看门狗（Watchdog）及硬件监控器（Hardware Monitor），I2C BUS，FLASH等硬件的访问，其实现的方法主要是计算机主板出 厂之前，针对具体的硬件芯片（如GPIO，Watchdog或Hardware Monitor等）编写其对应的具体的库函数编程指南，然后由计算机的用户再根据主板生产厂商提供的库函数编程指南开发自己的应用程序来驱动相应的硬件芯片。

现有技术存在如下问题：

1）开发周期长

现有技术方案，是针对具体的硬件开发相应的软件产品，不同的主板其硬件实现方式不同，由于没有定义统一的、规范的编程接口，代码的重用性差。计算机用户每开发一款产品，都需要根据具体的硬件情况，重新设计驱动相应硬件芯片的实现方案、测试方案等，产品开发周期长。

2）安全性和可靠性差

采用现有技术方案访问硬件，对计算机用户的技术要求较高。因为现有技术仅仅只给出了编程指南，这些指南需要计算机用户对该硬件访问规范比较了解后才能根据上述编程指南编写出其所需的软件，如果软件对系统硬件操作不当（如寄存器设置错误等），容易造成系统异常（如系统死机、异常复位等），相应的其产品安全性和可靠性差。

3)软件的开发及维护成本高

现有的技术方案，软件工程师每次在开发新的程序时，都需要花大量的时间去阅读具体硬件的datasheet（硬件设计及寄存器访问等相关技术文档），需要花费大量的时间去调试。相同功能的软件产品，但由于具体的硬件实现方案不同，软件开发商不得不维护多个软件版本，维护成本很高。

4）软件的可移植性差

现有的技术方案，开发的软件与具体硬件紧密相关，软件移植性差。只要硬件的设计方案有升级或需求变更，软件就必须重写开发。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种编程接口技术的实现方法，旨在解决现 有的技术方案的开发周期长，安全性差和可靠性差，开发维护成本高，可移植性差的问题。

本发明提供一种编程接口技术的实现方法,所述方法包括：

定义基本输入输出系统编程接口的基本输入输出系统BIOS层接口，所述BIOS层接口用于实现对计算机底层硬件的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；

定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口，所述操作系统驱动层接口用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用。

另一方面，本发明还提供一种工控计算机，所述计算机系统包括：应用程序层和硬件层，所述计算机系统还包括：基本输入输出系统编程接口层；

其中基本输入输出系统编程接口层包含：BIOS层接口模块和操作系统驱动层接口模块；

BIOS层接口模块，用于实现对计算机底层硬件层的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；

操作系统驱动层接口模块，用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用。

在本发明实施例中，本发明提供的技术方案定义BIOS层接口后，将该BIOS层接口进行封装后，提供能够驱动硬件的BIOS层接口，操作系统驱动层对BIOS层接口进行再次封装（第二次封装），向应用程序层提供标准接口调用，这样，用户在调用主板中的硬件时，无需二次编写软件，直接根据标准接口驱动该硬件即可，此种方式无需计算机的用户编写库函数调用的软件程序，对计算机用户的技术要求低。且计算机用户在驱动所需硬件时，只需通过定义的标准接口就能够完成调用，无需进行额外的开发，具有开发周期短的优点；另外，由于是厂家直接定义的接口规范，不会对系统硬件操作不当，具有安全性高和可靠性高、开发及维护成本低，可移植性好的优点。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种编程接口技术的实现方法的流程图；

图2是本发明具体实施例提供的一种计算机系统的编程接口构架图；

图3是本发明具体实施方式提供的BPI层的结构图；

图4是本发明具体实施例提供的BPI_GPIO_Output接口实现原理。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的说明本发明的目的，首先，本申请人对本编程接口技术进行介绍：

本编程接口技术是一种跨平台的，易维护的，支持操作系统保护模式下访问硬件的软件接口规范，为应用层软件或驱动层提供统一的接口，在主板硬件平台升级时，无需修改主板硬件的应用层软件或驱动，原来的软件就可在新的硬件平台上正常运行，大大提高计算机软件的开发速度、降低计算机的维护成本。

该技术定义基本输入输出系统编程接口的BIOS层接口，实现对计算机底层硬件的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；同时，定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口，实现对BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用。

该技术可称之为基本输入输出系统编程接口（Basic Input Output System Programming Interface，BPI）技术。本技术具有如下特点：

1）软件平台无关性

使用BPI库函数（基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口向应用程序层提供的标准接口）开发的软件，无需做任何修改，就可直接在支持BPI功能的新硬件平台上正常运行。

2）安全性和可靠性高

访问硬件的BPI库函数由主板开发商编写，并经过严格测试，可避免因对系统硬件操作不当造成系统异常问题。

3）易维护

传统方式的应用软件编程与硬件平台密切相关，依靠硬件编程指南实施，测试、调试也相对复杂，实际使用中需要维护不同硬件平台的软件。而使用BPI开发的软件，只要维护一套软件即可，应用软件工程师无需测试具体访问硬件的代码（此部分代码已由主板开发商严格测试，并验证是正确）应用软件工程师只需集中关注应用软件代码的测试及维护。

4）成本低

用户使用BPI开发应用程序，不会增加额外的硬件和软件成本。BPI提供给应用软件工程师的库函数可以很方便地实现对相关硬件的访问，应用软件工程师不需关注具体的硬件访问，可大大降低软件开发难度和缩短开发周期，可帮助系统集成商产品快速上市。

本发明提供一种编程接口技术的实现方法，该方法包括：

定义基本输入输出系统编程接口的基本输入输出系统BIOS层接口，所述BIOS层接口用于实现对计算机底层硬件的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；

定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口，所述操作系统驱动层接口用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用。

本发明提供的方法定义BIOS层接口后，将该BIOS层接口进行封装后，提供能够驱动硬件的BIOS层接口，操作系统驱动层对BIOS层接口进行再次封装（第 二次封装），向应用程序层提供标准接口调用，这样，用户在调用主板中的硬件时，无需二次编写软件，直接根据标准接口驱动该硬件即可，此种方式无需计算机的用户编写库函数调用的软件程序，对计算机用户的技术要求低，且计算机用户在驱动所需硬件时，只需通过定义的标准接口就能够完成调用，无需进行额外的开发，具有开发周期短的优点；另外，由于是厂家直接定义的接口规范，不会对系统硬件操作不当，具有安全性高和可靠性高、开发及维护成本低，可移植性好的优点。

可选的，上述方法定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口之后还包括：对所述BIOS层接口实现对计算机底层硬件的访问进行一次封装，所述一次封装向操作系统驱动层提供接口调用。

可选的，上述方法再定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口之后还包括：对所述操作系统驱动层接口实现对所述BIOS层接口的访问进行二次封装，所述二次封装向应用程序层提供标准接口调用。

可选的，上述方法在定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口之后，还包括：将该基本输入输出系统编程接口的BIOS层接口封装在计算机的非易式存储器内。

本发明具体实施方式还提供的一种编程接口技术的实现方法，该方法如图1所示，包括如下步骤：

S11、定义计算机的BPI BIOS层接口，该接口实现对计算机底层硬件的访问，同时与操作系统驱动层提供接口调用；

S12、将该BPI BIOS层接口封装（一次封装）在工程计算机的非易式存储器内，并提供能够驱动硬件的BPI BIOS层接口；

S13、BPI操作系统驱动层对BPI BIOS层提供的接口进行再次封装（第二次封装），向应用程序层提供BPI标准接口。

本发明提供的方法定义BPI BIOS层接口后，将该接口进行封装后，提供能够驱动硬件的BPI BIOS层接口，BPI操作系统驱动层对BPI BIOS层接口进行再 次封装（第二次封装），向应用程序层提供BPI标准接口，这样，用户在调用主板中的硬件时，无需编写软件，直接根据标准接口驱动该硬件即可，此种方式无需计算机的用户编写库函数调用的软件程序，所以对计算机用户的技术要求低，且计算机用户在驱动所需硬件时，只需通过定义的标准接口就能够完成调用，无需进行额外的开发，具有开发周期短的优点；另外，由于是厂家直接定义的接口规范，不会对系统硬件操作不当，具有安全性高和可靠性高的优点。

可选的，上述S11中的BPI BIOS层接口具体可以包括：GPIO接口，Watchdog接口或Hardware Monitor接口等。

需要说明的是，上述BPI BIOS层接口的实现方式可以采用下述四种方式，各个方式各有优点，下面将详细介绍下述四种方式：

方式一：软件系统管理中断（Software System Management Interrupt，Software SMI）方式，此方式将BPI BIOS层的接口定义为SMI Hander函数。此方式易实现，缺点是性能差，例如类似GPIO的应用，需要做频繁切换操作，将大大降低系统整体性能，因为SMI中断对系统是透明的，系统无法干预SMI处理程序的执行。

方式二：高级电源配置界面（Advanced Configuration Power Interface，ACPI）源语言（ACPI Source Language，ASL）代码实现方式，即BIOS ASL中添加代码实现接口，OS通过ACPI接口来访问相应的接口。此方案易实现，但兼容性不好，非ACPI系统下，无法访问BPI接口。

方式三：BIOS Runtime Services方式，此方案易实现，但兼容性和扩展性不好，因为内存F000h段的空间有限，且有些传统的设备可能会用到此部分内存，容易出现资源冲突的可能性。

方式四：BIOS ROMHOLE的方式，将编译生成的BPI BIOS Image存放到BIOS ROMHOLE中，此方案易实现，扩展性及兼容性均较好，不会产生资源冲突，也不会出现没有足够的空间存放BPI BIOS Image代码问题，且后续维护升级方便。

本发明具体实施方式还提供一种计算机系统，该计算机系统的BPI构架如图 2所示，包括三部分，分别为：

应用程序层（application layer）、BPI层（BPI layer）和硬件层（Hardware layer），其中BPI层如图3所示，包括：BIOS接口层模块21和OS（Operating System,操作系统,简称OS）驱动层模块22；

其中，BIOS接口层模块21，用于实现对计算机底层硬件层的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；

OS驱动层模块22，用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用。

可选的，上述计算机系统还可以包括：非易式存储器，用于封装该基本输入输出系统编程接口的BIOS层接口。

可选的，上述BPI BIOS层接口具体可以包括：GPIO接口，Watchdog接口或Hardware Monitor接口等。

当然在实际应用中，上述标准接口也可以为同类的标准接口，例如GPIO接口，可以有：南桥GPIO，SMBus GPIO及SuperIO GPIO等。

可选的，上述BPI OS驱动层模块22还可以用于，编写BPI测试程序和应用软件的Demo程序。

下面以两个实际的例子来说明标准接口和硬件驱动之间交互的实现方式。

例一：定义的BPI GPIO接口具体可以为：接口BPI_STATUSBPI_GPIO_Output(UINT8 pin_index,UINT8 level)，其功能是将第pin_index GPIO输出一个level（1:high level,0:low level）电平给外部设备，如BPI_GPIO_Output(1,0)表示向第1个GPIO输出一个低电平。

例二：定义的BPI CPU接口具体可以为：接口BPI_STATUSBPI_Get_HHM_Temperature(UINT8 hhm_temp_fun_number,UINT8*temperature);其功能是获取系统环境温度或CPU温度。如BPI_Get_HHM_Temperature(CPU1_TEMP,&temperature);表示读取系统中第一个CPU的核心温度。

从上面定义的标准接口函数的原型可以看出BPI接口不涉及任何硬件相关信息，硬件的访问对驱动工程师或应用软件工程师是完全透明的，因此可大大降低客户软件开发难度和开发或维护成本，同时软件跨平台性好。

当然，在实际应用中，也可以通过其他标准接口来实现BPI接口规范，例如如图4所示，图4为GPIO，Watchdog及Hardware Monitor的运用案例示意图。

上述单元和系统实施例中，所包括的各个模块或单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域技术人员可以理解，本发明实施例提供的技术方案全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成。比如可以通过计算机运行程来完成。该程序可以存储在可读取存储介质，例如，随机存储器、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种编程接口技术实现方法，其特征在于，所述方法包括：

定义基本输入输出系统编程接口的基本输入输出系统BIOS层接口，所述BIOS层接口用于实现对计算机底层硬件的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；

定义基本输入输出系统编程接口的操作系统驱动层接口，所述操作系统驱动层接口用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用；

对所述BIOS层接口实现对计算机底层硬件的访问进行一次封装，所述一次封装向操作系统驱动层提供接口调用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述操作系统驱动层接口实现对所述BIOS层接口的访问进行二次封装，所述二次封装向应用程序层提供标准接口调用。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将该基本输入输出系统编程接口的BIOS层接口封装在计算机的非易式存储器内。

4.一种计算机系统，所述计算机系统包括：应用程序层和硬件层，其特征在于，所述计算机系统还包括：基本输入输出系统编程接口层；

其中基本输入输出系统编程接口层包含：BIOS层接口模块和操作系统驱动层接口模块；

BIOS层接口模块，用于实现对计算机底层硬件层的访问以及向操作系统驱动层提供接口调用；

操作系统驱动层接口模块，用于实现对所述BIOS层接口的访问，以及向应用程序层提供标准接口调用；

所述计算机系统还包括：

非易式存储器，用于封装该基本输入输出系统编程接口的BIOS层接口。