嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)中ARM與DSP的數(shù)據(jù)通信方法

3 軟件設(shè)計(jì)
3．1 Linux驅(qū)動程序
Linux操作系統(tǒng)引入設(shè)備文件的概念，即把每一個(gè)設(shè)備都看作一個(gè)文件，像對待文件一樣對設(shè)備進(jìn)行操作。在Linux操作系統(tǒng)下，設(shè)備文件主要有3種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，各自對應(yīng)一種類型的設(shè)備驅(qū)動程序。本文設(shè)計(jì)的HPI接口的驅(qū)動程序?qū)儆谧址O(shè)備驅(qū)動程序。
Linux下的驅(qū)動程序是為相應(yīng)的設(shè)備編寫多個(gè)基本函數(shù)，填充file_operations結(jié)構(gòu)體。其中定義了實(shí)現(xiàn)各種操作函數(shù)。如下所示：

其中，open和release完成設(shè)備的打開和關(guān)閉。mmap為內(nèi)存地址映射操作。驅(qū)動程序的設(shè)計(jì)是通過實(shí)現(xiàn)個(gè)中操作函數(shù)的基本功能，為相應(yīng)的設(shè)備在應(yīng)用層提供統(tǒng)一的接口。
下面是本文中的HPI接口的驅(qū)動程序的設(shè)備入口hpi_open函數(shù)，它負(fù)責(zé)打開、準(zhǔn)備設(shè)備。

任何時(shí)候?qū)ψ址O(shè)備(HPI)接口進(jìn)行打開操作，都會調(diào)用設(shè)備的open入口點(diǎn)(hpi_open)。所以open函數(shù)(hpi_open)必須對將要進(jìn)行的I／O操作(對DSP讀寫數(shù)據(jù))做好必要的準(zhǔn)備工作，例如設(shè)備是獨(dú)占的，則open函數(shù)(hpi_open)必須將設(shè)備標(biāo)記成忙狀態(tài)，如上面例程中的①處兩行所示。
3．2 驅(qū)動程序中映射的實(shí)現(xiàn)
由于在Linux系統(tǒng)中，用戶應(yīng)用程序不能直接對驅(qū)動程序的內(nèi)存空間進(jìn)行操作，因此必須用到內(nèi)存映射機(jī)制。內(nèi)存映射是指把內(nèi)核中的特定的內(nèi)存空間映射到用戶空間的內(nèi)存中去。對驅(qū)動程序來說，內(nèi)存映射可以提供給用戶程序直接訪問設(shè)備內(nèi)存的能力。
mmap系統(tǒng)調(diào)用映射一個(gè)設(shè)備，意味著使用戶空間的一段地址關(guān)聯(lián)到設(shè)備內(nèi)存上，這使得只要程序在分配的地址范圍內(nèi)進(jìn)行讀取或者寫入，實(shí)際上就是對設(shè)備的訪問。
mmap方法是file_operations結(jié)構(gòu)的一部分，要實(shí)現(xiàn)映射必須分兩步：
1)調(diào)用內(nèi)核中的remap_page_range函數(shù)，它的功能是：構(gòu)造用于映射一段物理地址的新頁表，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核空間與用戶空間的映射，其原型如下：

函數(shù)參數(shù)的確切含義如下：unsigned long virt_add為重映射開始處的虛擬地址。這個(gè)函數(shù)為虛地址空間virt_add和virt_add+size之間的范圍構(gòu)造頁表。unsigned long phys_add為虛擬地址應(yīng)該映射到的物理地址。unsigned long size為被重映射的區(qū)域的大小，以字節(jié)為單位。pgprot_t prot為新VMA所請求的“保護(hù)”屬性。驅(qū)動程序不必修改保護(hù)，在vma->vma_page_prot中找到的參數(shù)可以不加改變地使用。
本課題中使用mmap調(diào)用的代碼如下：

這樣就為DSP的HPI接口所對應(yīng)的總線物理地址：0x10000000(對應(yīng)nGCS2)在vma->vm_start和vma->vm_end之間構(gòu)造了新的頁表。
2)在構(gòu)造好新頁表之后，可以調(diào)用mmap函數(shù)完成映射，從圖2可以看到硬件連接圖中的連接DSP片選信號的是引腳nGCS2，從圖3中查出它在內(nèi)存空間對應(yīng)的位置是0x10000000。mmap函數(shù)的原型是：mmap(void*start，sizelength，int prot，int flags，int fd，off_toff-set)。用以下語句獲得映射后的地址：
hpi_mmap_add=mmap(NULL，length，PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED，hpi_fd，0)其中參數(shù)start指明描述字fd對應(yīng)的“文件”(也就是／dev／hpi設(shè)備)在進(jìn)程地址空間內(nèi)的映射區(qū)的開始地址，必須是頁面對齊的地址，通常設(shè)為NULL，讓內(nèi)核去自動選擇開始地址。任何情況下，mmap的返回值為內(nèi)存映射區(qū)的開始地址。這樣通過對hpi_mmap_add操作，實(shí)現(xiàn)對起始地址為0x10000000的內(nèi)存段操作。