Vxworks嵌入式操作系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

作者Email: cai_yang@etang.com

摘　要：本文主要介紹在Vxworks操作系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)、調(diào)試方法以及將其加入系統(tǒng)內(nèi)核的配置方法。

關(guān)鍵詞：Vxworks 嵌入式操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

引 言
　　VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。
　　

1 嵌入式系統(tǒng)
　　嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計(jì)算機(jī)為技術(shù)核心，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用，軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。和通用計(jì)算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)，目的就是要把一切變得更簡單、更方便、更普遍、更適用；它的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。

　　嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及特定的應(yīng)用程序等四部分組成，是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”；用于實(shí)現(xiàn)對其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

　　嵌入式系統(tǒng)應(yīng)具有的特點(diǎn)是：要求高可靠性；在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統(tǒng)仍然能夠正常工作；許多嵌入式應(yīng)用要求實(shí)時(shí)處理能力，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)(EOS)具有實(shí)時(shí)處理能力；嵌入式系統(tǒng)中的軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。

2 設(shè)備驅(qū)動程序

Vxworks5.4中驅(qū)動程序主要分為三種：字符、塊以及網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序。本文所介紹的網(wǎng)卡驅(qū)動程序則屬于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序。

2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)的各功能部件圖1所示，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序?qū)嶋H上是處理硬件和上層協(xié)議之間的接口程序。網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議層分發(fā)數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序接口和網(wǎng)絡(luò)接口之間。網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（如IP協(xié)議）發(fā)送數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)主機(jī)之間。連接/接口層使能主機(jī)隸屬于硬件到相同物理媒質(zhì)的通信。

在Vxworks5.4中，網(wǎng)卡驅(qū)動程序又分為END（Enhanced Network Driver）和BSD兩種。它們分別處于如圖2所示結(jié)構(gòu)中。

2.1.1 BSD驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

在Vxworks5.4中，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序都是基于BSD UNIX版本4.3基礎(chǔ)上的，這些驅(qū)動程序都定義在一個全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5個函數(shù)指針，它們都被映射到ifnet結(jié)構(gòu)中，這5個函數(shù)可見表1，它們在IP協(xié)議層任何地方被調(diào)用。

表1 網(wǎng)絡(luò)接口處理

驅(qū)動程序入口xxattach( )調(diào)用ether_attach( )來把上述5個函數(shù)映射到ifnet結(jié)構(gòu)中，ether_attach( )調(diào)用如下：

ether_attach(
(IFNET *) pDrvCtrl->idr,
unit,
"xx",
(FUNCPTR) NULL,
(FUNCPTR) xxIoctl,
(FUNCPTR) ether_output( ), /* generic ether_output */
(FUNCPTR) xxReset
);
pDrvCtrl->idr.ac_if.if_start = (FUNCPTR)xxTxStartup;
上述參數(shù)中，需要一個接口數(shù)據(jù)記錄（Interface Data Record (idr)），unit號和設(shè)備名，下面四個參數(shù)就是相關(guān)驅(qū)動程序的函數(shù)指針。第一個函數(shù)指針指的是init( )例程，這個例程可要可不要，第二個函數(shù)指針指的是ioctl( )接口，它允許上層來控制設(shè)備狀態(tài)；第三個函數(shù)指針指的是把數(shù)據(jù)包送到物理層；最后一個函數(shù)指針指的是如果TCP/IP堆棧決定需要復(fù)位的話，它就復(fù)位這個設(shè)備。

接著下面那一句代碼表示添加數(shù)據(jù)傳輸例程到IDR，ether_output( )例程被調(diào)用后，傳輸開始例程就被TCP/IP協(xié)議堆棧調(diào)用。

在這個入口驅(qū)動程序中還包括設(shè)備的初始化、發(fā)送和接收描述符的初始化等。

2.1.2 END驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

END驅(qū)動程序是基于MUX模式，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序被劃分為協(xié)議組件和硬件組件。MUX數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層之間的接口，它管理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口和低層硬件接口之間的交互；將硬件從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的細(xì)節(jié)中隔離出來；刪除使用輸入鉤例程來過濾接收從協(xié)議來的數(shù)據(jù)包，和刪除了使用輸出鉤例程來過濾協(xié)議包的發(fā)送；并且鏈路層上的驅(qū)動程序需要訪問網(wǎng)絡(luò)層（IP或其他協(xié)議）時(shí)，也會調(diào)用相關(guān)的MUX例程。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層驅(qū)動程序不能直接通訊，它們必須通過MUX。如圖3所示：

2.3將驅(qū)動程序加載到Vxworks系統(tǒng)中

要對所設(shè)計(jì)的驅(qū)動程序進(jìn)行測試，首先就必須把驅(qū)動程序加載到Vxworks IMAGE中，并且給設(shè)備分配一個IP，這樣才能有利于網(wǎng)間測試。

首先，修改configNet.h文件，添加如下代碼：

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#define DM_9102_BUFF_LOAN_0 1

#define DM_9102_LOAD_FUNC sysDm9102EndLoad

#define DM_9102_LOAD_STR_0 ""

IMPORT END_OBJ * DM_9102_LOAD_FUNC (char *, void *);

和END_TBL_ENTRY endDevTbl [] 中添加

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

{0, DM_9102_LOAD_FUNC, DM_9102_LOAD_STR_0, TRUE, NULL, FALSE},

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

其次，編輯config.h文件，添加如下代碼：

#define INCLUDE_DM_9102_END /* Davicom 9102 Fast Ethernet Controller */

最后，編輯sysLib.c文件，添加如下代碼：

/* include dm9102 End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

IMPORT STATUS sysDm9102PciInit (void);

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

/* include dm9102End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#include "sysDm9102End.c"

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

sysDm9102PciInit ();

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

通過上述過程相應(yīng)的添加程序，然后重新編譯Vxworks，這樣就將所設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡驅(qū)動程序添加到Vxworks內(nèi)核中了。

2.4 PCI設(shè)備檢測

如果所設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡是基于PCI總線的，那么在程序開始就需要對PCI設(shè)備進(jìn)行檢測，在Vxworks5.4中有專門的PCI函數(shù)來檢測設(shè)備的總線號、設(shè)備號和功能號。首先利用pciFindDevice( )函數(shù)對給定VendorID和DeviceID的設(shè)備進(jìn)行檢測，檢測完后同時(shí)給出了設(shè)備的總線號、設(shè)備號和功能號；接下來就是獲得該設(shè)備的中斷號、基地址（包括IO和內(nèi)存）。Vxworks中pciConfigLib.h文件中定義PCI總線的常量。如中斷號：PCI_CFG_BRG_INT_LINE，IO基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_0，內(nèi)存基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_1等等。所以利用函數(shù)pciConfigInByte和pciConfigInLong就可以很容易地獲得設(shè)備的中斷號和基地址。

2.5 調(diào)試方法

為了方便調(diào)試網(wǎng)卡驅(qū)動程序，推薦利用串口對程序進(jìn)行下載并將Vxworks image拷貝到軟盤中以從軟盤來加載它。調(diào)試的時(shí)候首先應(yīng)該給網(wǎng)卡分配一個IP（利用usrNetIfConfig函數(shù)），然后利用ping來對網(wǎng)卡進(jìn)行測試。

3 結(jié)語

　　利用上述方法所設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡后，不久可以利用它來進(jìn)行程序下載，而且能滿足網(wǎng)卡所有的功能，包括對TCP/IP和UDP/IP（組播、廣播和單播）進(jìn)行了測試。