基于VxBus設(shè)備驅(qū)動程序架構(gòu)的設(shè)備驅(qū)動開發(fā)
VxBus是風(fēng)河公司新的設(shè)備驅(qū)動程序架構(gòu),是VxWorks新增的特性,它是在VxWorks6.2及以后版本被增加到VxWorks中的。在以前的版本中,驅(qū)動程序并沒有和工程配置集成到一起,如果要配置設(shè)備驅(qū)動,就要通過修改BSP目錄下的config.h和syslib.c文件來完成。而基于VxBus架構(gòu)模型的好處是允許驅(qū)動的集成和配置在Workbench工程中完成。這就意味著在Workbench環(huán)境下,每個驅(qū)動程序都能通過可視化環(huán)境進(jìn)行配置,都能夠按要求添加或刪除設(shè)備。本文結(jié)合基于PCI2040數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動的開發(fā)過程[1],分析了VxBus架構(gòu)下驅(qū)動的設(shè)計實現(xiàn)。
1 VxBus簡介
VxBus是指在VxWorks中用于支持設(shè)備驅(qū)動的特有的架構(gòu),這種架構(gòu)包含對minimal BSP的支持。它包括以下功能:①允許設(shè)備驅(qū)動匹配對應(yīng)設(shè)備;②提供驅(qū)動程序訪問硬件的機(jī)制;③軟件其他部分訪問設(shè)備功能;④在VxWorks系統(tǒng)中,實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動的模塊化。VxBus在總線控制器驅(qū)動程序服務(wù)的支持下,能在總線上發(fā)現(xiàn)設(shè)備,并執(zhí)行一些初始化工作,使驅(qū)動與硬件設(shè)備之間正常的通訊。
圖1是VxBus 在整個系統(tǒng)中的位置示意圖。從圖1中可以看到,VxBus起到了輔助總線的作用,提供了對總線控制驅(qū)動的支持。
在VxWorks6.2版本發(fā)布前,設(shè)備驅(qū)動并不能被集成到VxWorks工程配置當(dāng)中,為了添加或移出設(shè)備驅(qū)動,需要有豐富的BSP和驅(qū)動開發(fā)相關(guān)的知識[2]。并且在驅(qū)動被添加或移出時要去做一些管理VxWorks 工程的額外的工作。作為VxWorks系統(tǒng)組件的一部分,VxBus消除了上面遇到的一些難題,各種驅(qū)動和支持組件的添加與刪除完全可以在Workbench工程中進(jìn)行,而不需要BSP和驅(qū)動相關(guān)的知識,也不會在添加、刪除驅(qū)動時增加管理VxWorks工程的額外工作。因此大大方便了BSP的開發(fā)。
2 硬件介紹
TI公司推出的PCI2040是一款用于實現(xiàn)PCI局部總線與DSP之間無縫鏈接的專用芯片。在VxWorks實時操作系統(tǒng)環(huán)境下實現(xiàn)主機(jī)與DSP的通訊,系統(tǒng)利用PCI2040實現(xiàn)TMS320VC5410與主機(jī)的通訊。由于PCI2040是TI的配套專用芯片,硬件級的連接比較簡單,將對應(yīng)的引腳連接即可。需要注意的是,未用的輸入信號線需要通過上拉電阻上拉至有效邏輯電平。TMS320VC5410的MCBSP0與TLC2548 連接,實現(xiàn)8路12位A/D數(shù)據(jù)的采集。TMS320VC5410將采集到的數(shù)據(jù)通過PCI2040傳輸?shù)街鳈C(jī)上,數(shù)據(jù)在主機(jī)上得到進(jìn)一步的處理。硬件連接框圖如圖2所示。
3 驅(qū)動開發(fā)
基于VxBus架構(gòu)下PCI2040設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)主要包括設(shè)備的初始化、設(shè)備控制以及設(shè)備驅(qū)動如何以組件形式添加到Workbench配置界面中。下面分步介紹它的實現(xiàn)。
3.1設(shè)備驅(qū)動初始化
設(shè)備的初始化,包含在BSP的初始化過程中[3],主要分三個階段,如圖3所示。
3.1.1內(nèi)核預(yù)初始化階段
系統(tǒng)上電啟動,CPU在上電時跳轉(zhuǎn)到一個指定的地址 ,開始執(zhí)行指令,初始化內(nèi)存和CPU,然后是VxWorks 的初始化處理。
在VxWorks內(nèi)核預(yù)初始化早期,BSP的sysHwInit( )函數(shù)被執(zhí)行[4],在這個函數(shù)中,設(shè)備驅(qū)動初始化工作第一步被執(zhí)行。sysHwInit( )函數(shù)執(zhí)行一些早期的初始化,調(diào)用hardWareInterFaceInit( )函數(shù),執(zhí)行初始化硬件內(nèi)存分配機(jī)制,這步允許在系統(tǒng)內(nèi)存池初始化之前,限制為設(shè)備驅(qū)動分配內(nèi)存,這個函數(shù)接著調(diào)用hardWareInterFaceBusInit( ),在hardWareInterFaceBusInit( )函數(shù)中完成所有設(shè)備驅(qū)動和模塊的注冊工作。PCI2040的注冊函數(shù)是vxbPci2040Register()。vxbPci2040Register()通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),向系統(tǒng)注冊一些設(shè)備初始化函數(shù)。其中涉及到三個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
LOCAL struct drvBusFuncs PciFuncs =
{
Pci2040InstInit, /* devInstanceInit */
Pci2040InstInit2, /* devInstanceInit2 */
Pci204InstConnect /* devConnect */
}
在這個結(jié)構(gòu)中,包含了初始化階段要調(diào)用的函數(shù)。下面的初始化過程會用到這些函數(shù)。
LOCAL struct vxbDeviceMethod Pci2040Methods[] =
{
DEVMETHOD(ReadHPID, PCI2040ReadHPID),
DEVMETHOD(WriteHPID, PCI2040WriteHPID),
DEVMETHOD(ReadHPIA, PCI2040ReadHPIA),
DEVMETHOD(WriteHPIA, PCI2040WriteHPIA),
DEVMETHOD(ReadHPIC, PCI2040ReadHPIC),
DEVMETHOD(WriteHPIC, PCI2040WriteHPIC),
DEVMETHOD(ReadCSR, PCI2040ReadCSR),
DEVMETHOD(WriteCSR, PCI2040WriteCSR),
{ 0, 0 }
}
這個結(jié)構(gòu)提供了應(yīng)用軟件操作硬件的一些函數(shù)及方法。
LOCAL struct vxbPciRegister Pci2040DevPciRegistration =
{
{
NULL, /* pNext */
VXB_DEVID_DEVICE, /* devID */
VXB_BUSID_PCI, /* busID = PCI */
VXB_VER_4_0_0, /* vxbVersion */
LNPCI_NAME, /* drvName */
Pci2040Funcs, /* 總線驅(qū)動函數(shù)*/
Pci2040Methods, /* 設(shè)備方法結(jié)構(gòu) */
Pci2040Probe, /* 設(shè)備探測函數(shù) */
Pci2040ParamDefaults /* 參數(shù)*/
},
NELEMENTS(PciPci204DevIDList),
PciPci204DevIDList /*設(shè)備資源列表*/
};
最后這個結(jié)構(gòu)在vxbPci2040Registe()中被使用。這個結(jié)構(gòu)包括幾個驅(qū)動的初始化入口,其中Pci2040Probe()是PCI2040采集卡的硬件探測函數(shù),該函數(shù)在VxBus初始化過程中檢測采集卡的數(shù)量,當(dāng)檢測到采集卡時,將采集卡與驅(qū)動結(jié)合,形成設(shè)備的一個實例,以便應(yīng)用程序使用。Pci204InstanceInit( )函數(shù)在VxBus初始化的第一階段被調(diào)用, Pci204InstanceInit( )函數(shù)只是簡單地確保設(shè)備的中斷被禁止。
當(dāng)所有驅(qū)動在VxWorks注冊之后,hardWareInterFaceBusInit( )和hardWareInterFaceInit( ) 函數(shù)返回,sysHwInit( ) 完成非VxBus 驅(qū)動的初始化并返回。sysHwInit( ) 函數(shù)返回后,VxWorks內(nèi)核被初始化。
3.1.2 內(nèi)核自檢
在這個階段,內(nèi)核在sysHwInit2( )中執(zhí)行,BSP調(diào)用Pci2040InstanceInit2( )函數(shù)[5]。在這個函數(shù)中,建立系統(tǒng)內(nèi)存到設(shè)備空間的映射。關(guān)鍵部分代碼如下:
LOCAL void Pci204InstInit2(VXB_DEVICE_ID pDev)
{……
for (i = 0; i VXB_MAXBARS; i++)
{
if (pDev->regBaseFlags[i] == VXB_REG_IO)
break;
}
if (i == VXB_MAXBARS)
return;
pDrvCtrl->Pci2040Bar = pDev->pRegBase[i];
vxbRegMap (pDev, i, pDrvCtrl->Pci2040Handle);
//設(shè)備I/O映射到系統(tǒng)內(nèi)存
……
}
此時,完成內(nèi)核服務(wù)初始化,并可以被驅(qū)動訪問。但是,中間層的服務(wù)仍然無效。
3.1.3 應(yīng)用程序初始化驅(qū)動部分
在devInstanceInit2( )函數(shù)最后,創(chuàng)建用戶的運(yùn)行任務(wù),并完成設(shè)備驅(qū)動的初始化。在這個階段,Pci2040InstanceConnect( )函數(shù)被調(diào)用,完成最后的初始化工作,在這個函數(shù)中,主要是建立中斷與中斷服務(wù)程序的連接。
至此,設(shè)備驅(qū)動的初始化完成。
3.2驅(qū)動程序的配置
采用VxBus驅(qū)動的一個主要優(yōu)點是:設(shè)備的驅(qū)動程序可以被看成VxWorks 系統(tǒng)的一個組件,通過集成的Workbench開發(fā)環(huán)境來配置設(shè)備驅(qū)動。為了實現(xiàn)這一功能,開發(fā)的驅(qū)動需要增加一些額外的擴(kuò)展文件。標(biāo)準(zhǔn)VxWorks設(shè)備驅(qū)動有一個最小的文件集,對于大多數(shù)VxWorks設(shè)備驅(qū)動,最小的設(shè)備驅(qū)動集要求有6個單獨的文件[6]。PCI2040數(shù)據(jù)采集卡需要有以下文件:
· 一個驅(qū)動源文件PCI2040.c,執(zhí)行驅(qū)動運(yùn)行邏輯,包括PCI2040驅(qū)動的實現(xiàn)代碼。
· 一個組件描述文件PCI2040.cdf,允許集成驅(qū)動到VxWorks開發(fā)工具Workbench當(dāng)中。
· 一個PCI2040.dc文件,提供驅(qū)動注冊函數(shù)原型。
· 一個PCI2040.dr文件,提供一個調(diào)用注冊函數(shù)的C語言代碼段。
· 一個readme文件 ,提供版本信息。
· 一個makefile 文件,提供建立驅(qū)動的編譯規(guī)則。
當(dāng)上述文件在workbench環(huán)境下進(jìn)行相應(yīng)的配置后,PCI2040的設(shè)備驅(qū)動就會以組件的形式出現(xiàn)在開發(fā)工程的Kernel Configuration選項中,可以方便地進(jìn)行PCI2040驅(qū)動配置。
4 應(yīng)用程序與驅(qū)動的通信
為了使設(shè)備和驅(qū)動能夠在VxWorks系統(tǒng)中使用,讓應(yīng)用程序、中間件、VxWorks內(nèi)核模塊訪問設(shè)備,執(zhí)行一些操作,最基本的方法是在VxWorks中采用VxBus方法來實現(xiàn)硬件設(shè)備的訪問。VxBus方法是在驅(qū)動中公開一個入口,使VxBus中API函數(shù)可以調(diào)用這些入口函數(shù)。在PCI2040初始化階段,Pci2040Methods結(jié)構(gòu)中注冊的函數(shù)就是在驅(qū)動中公開的函數(shù),用于對PCI2040的操作。
例如,通過PCI2040 完成對DSP數(shù)據(jù)寄存器的訪問
struct vxbDriverControl ctrl;
vxbDevMethodRun(DEVMETHOD_CALL(ReadHPID),ctrl);
vxbDevMethodRun( )函數(shù)夠被用于調(diào)用一個指定的驅(qū)動方法,這個函數(shù)反復(fù)查找所有的實例,并檢查每一個,看是否有指定公開申明的方法,如果實例有指定的方法,vxbDevMethodRun( )調(diào)用方法函數(shù)。
為了避免重復(fù)遍歷在系統(tǒng)上的所有實例,可以用 vxbDevMethodGet( )函數(shù)找出驅(qū)動函數(shù)相對應(yīng)的驅(qū)動方法 ,然后通過下面代碼完成函數(shù)調(diào)用。
STATUS (*methodFunc)(VXB_DEVICE_ID devID, void * pArg);
methodFunc = bDevMethodGet(devID,DEVMETHOD_CALL(ReadHPID));
if(methodFunc != NULL )
(*methodFunc)(devID, pArg);
在PCI2040的數(shù)據(jù)采集卡中,通常是DSP在采集完數(shù)據(jù)后,通過中斷通知主機(jī),去讀取數(shù)據(jù)。下面是中斷服務(wù)相關(guān)代碼。
void PCI2040Isr()
{ ……
temp=*(PCI2040. instID.pRegister+0x4); //讀中斷寄存器
if((tempr0x1)!=0) //檢查是否是該實例中斷
{ *(PCI2040. instID.pRegister +0x4)=0x1;
temp= *(PCI2040. instIDpDspHpicRegister);
*(PCI2040. instIDpDspHpicRegister)=temp|0x0808;
//通知DSP,清除HINT中斷
semGive(semForPci2040Int);
}
}
采用基于VxBus架構(gòu)來開發(fā)PCI2040數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動,通過擴(kuò)展文件實現(xiàn)驅(qū)動的配置。與簡單的非VxBus驅(qū)動相比,顯然增加了工作量,然而對于基于多個BSP設(shè)備的復(fù)雜的驅(qū)動,VxBus驅(qū)動是優(yōu)于非VxBus驅(qū)動的。通過實際運(yùn)用證明,所開發(fā)采集卡的驅(qū)動能夠穩(wěn)定運(yùn)行,并且能很方便地將該驅(qū)動移植到其他的系統(tǒng)。
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