基于VxWorks的PCI總線多功能數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)開發(fā)

摘要：VxWorks是WindRiver(風(fēng)河)公司開發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，由于它的高實(shí)時(shí)性，所以廣泛地應(yīng)用于軍事、工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域；分析了Vxworks下PCI總線多功能數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)現(xiàn)方法；以ADLINK的PCI7396數(shù)據(jù)采集卡為例，介紹PCI總線設(shè)備的配置空間，包括它的結(jié)構(gòu)及訪問方法，重點(diǎn)介紹PCI總線設(shè)備在VxWorks下驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)步驟及編程要點(diǎn)，并對開發(fā)過程中的關(guān)鍵部分給予代碼說明；在某綜合控制系統(tǒng)中，開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
關(guān)鍵詞：VxWorks；PCI；數(shù)據(jù)采集卡；驅(qū)動(dòng)

VxWorks是一種高性能的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，它由WindRiver公司開發(fā)，具有小巧的內(nèi)核，可根據(jù)需要進(jìn)行裁減；它還獲得廣泛的硬件支持，像X86系列的CPU，Motorola 68K系列的CPU，Motorola／IBM Power PC等等；它還具有很高的可靠性和實(shí)時(shí)性，像美國登陸的火星探測器使用的就是VxWorks操作系統(tǒng)；它還有其它的很多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地使用在通信、軍事、航空、控制等高精尖技術(shù)以及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。
PCI總線由于其即插即用、獨(dú)立于微處理器、通用性好、具有很高的兼容性等等優(yōu)良的特點(diǎn)，使得它成為運(yùn)用最廣泛的局部總線標(biāo)準(zhǔn)，而且具有很大的發(fā)展?jié)摿?。使它成為具有很好發(fā)展?jié)摿Φ木植靠偩€標(biāo)。多功能數(shù)據(jù)采集卡在工業(yè)控制中有著廣泛的運(yùn)用，它是信號(hào)和嵌入式處理器的有效交互的工業(yè)控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，特別是它的中斷功能能提供很有效的實(shí)時(shí)性。在Vxworks下，一個(gè)重要的問題就是如何開發(fā)出高效率的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)，只有驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定了，才能使系統(tǒng)高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。文中結(jié)合Adlink公司的7396芯片，探討在VxWorks下基于PENTIUM CPU的PCI多功能數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)開發(fā)。

1 VxWorks下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
1．1 VxWorks下的I／O系統(tǒng)
I／O系統(tǒng)全稱為(Input／Output)輸入輸出系統(tǒng)，在VxWorks系統(tǒng)中，I／O系統(tǒng)向用戶屏蔽了硬件層，為用戶提供了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，使得應(yīng)用層的用戶只要了解I／O系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口使用方法，就可以正確地操作外部設(shè)備。I／O系統(tǒng)為設(shè)備提供了7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I／O接口函數(shù)：creat(．．．)、delete(．．．)、open(．．．)、close(．．．)、read(．．．)、write(．．．)、ioctl(．．．)。驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)者只要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目、工程的需要設(shè)計(jì)完成相應(yīng)功能的接口函數(shù)，然后在使用時(shí)I／O系統(tǒng)就可以把應(yīng)用程序的I／O請求轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的設(shè)計(jì)好的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行處理。在VxWorks系統(tǒng)中I／O系統(tǒng)是通過維護(hù)文件描述符表、設(shè)備描述符表和驅(qū)動(dòng)程序列表這3張表格來實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)程序的管理的。
1．2 VxWorks設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的分類
在Vxworks系統(tǒng)中，輸入／輸出設(shè)備從宏觀上分為3種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。依據(jù)設(shè)備的類型，VxWorks下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的管理也被劃分成3種模塊：字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊。從架構(gòu)上說，字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)相對來說是最簡單的，它向上只是與I／O系統(tǒng)接口，所以只需要提供內(nèi)個(gè)接口就可以了。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相對于字符設(shè)備來說相對的復(fù)雜，它還要與中間的文件系統(tǒng)相連，為文件系統(tǒng)提供服務(wù)，塊設(shè)備的最大特點(diǎn)就是以“塊”為單位進(jìn)行操作，在讀取其中的數(shù)據(jù)時(shí)，必須將所在塊的數(shù)據(jù)完全讀出。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則提供了另外的接口，相對于字符設(shè)備和塊設(shè)備來說，處于相對底層，這是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性決定的。為了更好地支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，VxWorks在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間增加了MUX接口。
1．3 驅(qū)動(dòng)程序和I／O系統(tǒng)
驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)包括3個(gè)部分：初始化部分，函數(shù)功能部分和中斷服務(wù)程序ISR。初始化部分主要是初始化硬件，分配硬件所需要的系統(tǒng)資源。函數(shù)功能主要是根據(jù)實(shí)際的需要，完成系統(tǒng)指定的功能。中斷服務(wù)程序主要是響應(yīng)外部中斷，使系統(tǒng)能夠快速地對外部交互作出反應(yīng)，由于中斷服務(wù)程序要求盡可能地反應(yīng)快，所以中斷服務(wù)程序應(yīng)該盡可能簡單。

VxWorks中設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與I／O系統(tǒng)的關(guān)系非常簡單。對于塊設(shè)備來說，應(yīng)用程序通過I／O系統(tǒng)訪問文件系統(tǒng)，而后由文件系統(tǒng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序訪問設(shè)備。而其它的非塊設(shè)備則是I／O系統(tǒng)直接調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序訪問設(shè)備。圖1顯示了應(yīng)用程序、I／O系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的關(guān)系。