C64x系列DSP／BIOS中設備驅(qū)動程序的設計
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類／微型驅(qū)動模型允許發(fā)送由開發(fā)者定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的I／O請求包給微型驅(qū)動來控制外部設備，此分層結(jié)構(gòu)使設備驅(qū)動的復用能力得到加強，并且豐富了發(fā)送給微型驅(qū)動的I／0請求包的結(jié)構(gòu)。 類／微型驅(qū)動模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。上層的應用程序不直接控制微型驅(qū)動，而是使用一個或一個以上的類驅(qū)動對其進行控制。每一個類驅(qū)動在應用程序代碼中表現(xiàn)為一個API[3]函數(shù)并且通過微型驅(qū)動的接口IOM與微型驅(qū)動進行通信。類驅(qū)動使用DSP／BIOS中的API函數(shù)實現(xiàn)諸如同步等的系統(tǒng)服務。 類驅(qū)動通過標準的微型驅(qū)動接口調(diào)用微型驅(qū)動控制硬件設備。到目前為止DSP／BIOS共定義了三種類驅(qū)動：流輸入輸出管理模塊(SIO)、管道管理模塊(PIP)和通用輸入輸出模塊(GIO)。在PIP和SIO類驅(qū)動中，調(diào)用的API函數(shù)已經(jīng)存在于DSP／BIOS的PIP和SIO模塊中。這些API函數(shù)需將參數(shù)傳給相應的適配模塊(adapter)，才能與微型驅(qū)動交換數(shù)據(jù)。而在GIO類驅(qū)動中，調(diào)用的API函數(shù)則直接與微型驅(qū)動通信(需在CCS2．2以上)。 每一個微型驅(qū)動都為類驅(qū)動和DSP／BIOS設備驅(qū)動管理提供了標準接口。微型驅(qū)動采用芯片支持庫(Chip Sup-port Library)[4]管理外圍設備的寄存器、內(nèi)存和中斷資源。 2 類驅(qū)動的編寫 SIO和PIP兩個接口模塊用于支持DSP和外設之間的數(shù)據(jù)交換。這兩種模塊都可以通過類驅(qū)動中的適配模塊和微型驅(qū)動的IOM連接進行數(shù)據(jù)傳輸。SIO的適配模塊稱為DIO，PIP的適配模塊稱為PIO。
GIO模塊[5]的傳輸模式是基于流輸入輸出模式的同步I／O模式，更適合文件系統(tǒng)I／O。在編寫類驅(qū)動時，可以直接調(diào)用GIO的讀寫API函數(shù)，這些函數(shù)的接口已經(jīng)內(nèi)置于微型驅(qū)動的IOM中。 2．1 SIO模塊和DIO模塊 DSP／BIOS中的SIO模塊為每個DSP／BIOS線程提供一個獨立的I／O機制，它支持動態(tài)創(chuàng)建。SIO模塊有自己的驅(qū)動模型，稱為DEV。DEV程序和微型驅(qū)動的編寫方法相似，都要實現(xiàn)函數(shù)表中的打開、關(guān)閉和緩存管理等函數(shù)，然而結(jié)構(gòu)比較復雜。相比之下，DIO模塊可以簡化SIO模塊和IOM之間的連接，使得通信和同步變得更簡單。 DIO模塊必須實現(xiàn)下列基本功能函數(shù)： (1)回調(diào)函數(shù) 在外設的通道實例創(chuàng)建結(jié)束時，如果微型驅(qū)動已經(jīng)完成內(nèi)存分配，那么適配模塊將通過回調(diào)函數(shù)通知微型驅(qū)動待調(diào)用函數(shù)的地址，同時回調(diào)函數(shù)也將通知適配模塊緩存已經(jīng)建立，并最終通知上層應用程序。 (2)傳輸函數(shù) 傳輸函數(shù)將調(diào)用微型驅(qū)動中的md-SubmitChan函數(shù)。微型驅(qū)動中的mdSubmitChan函數(shù)將從適配模塊獲得一塊緩存，并將緩存中的新信息通過通道實例通知給中斷服務程序(ISR)。DIO模塊通過傳輸函數(shù)實現(xiàn)應用程序與微型驅(qū)動之間的通信。 2．2 PlP模塊和PlO模塊 DSP／BIOS中PIP模塊提供管理異步I／O的數(shù)據(jù)管道。每個管道對象都擁有一塊同樣大小的緩存，這些緩存分別為同樣數(shù)量的等長小塊。小塊的數(shù)量和長度在DSP／BIOS中設置。雖然小塊的長度是固定的，但應用程序可以把小于這個長度的數(shù)據(jù)放入緩存小塊中。一個管道有兩個結(jié)束狀態(tài)：寫完緩存和讀完緩存。通常，無論哪個結(jié)束狀態(tài)都會激活I(lǐng)／O設備。數(shù)據(jù)通知函數(shù)用來執(zhí)行讀寫同步任務和通知PIP緩存填滿或清空。寫數(shù)據(jù)時，PIP_alloc函數(shù)用來獲得緩存，PIP_put函數(shù)用于將數(shù)據(jù)寫入緩存。寫完后，讀數(shù)據(jù)通知函數(shù)notifyReader將被調(diào)用。讀數(shù)據(jù)時，PIP_get函數(shù)用來接收緩存中的數(shù)據(jù)，刃PIP_free函數(shù)在數(shù)據(jù)不再被使用時將緩存清空。清空完后，寫數(shù)據(jù)通知函數(shù)notifyWriter將被調(diào)用。
PIO模塊通過PIP模塊從應用程序中獲得緩存，并將獲得的緩存提供給微型驅(qū)動使用。當微型驅(qū)動使用完緩存時，PIO模塊還可以將緩存交還給應用程序。 PIO模塊必須實現(xiàn)下列基本功能函數(shù)： (1)主函數(shù) 當應用程序給設備分配緩存時，PIP的緩存管理調(diào)用rxPrime和txPrime函數(shù)。這兩個函數(shù)調(diào)用DSP／BIOS的API函數(shù)獲得緩存并提供給微型驅(qū)動使用。主函數(shù)負責給適配模塊和應用程序的緩存分配發(fā)送起始信號。 (2)回調(diào)函數(shù) 當微型驅(qū)動已完成內(nèi)存分配時，適配模塊通過回調(diào)函數(shù)rxCallback或txCallback通知微型驅(qū)動待調(diào)用函數(shù)的地址，同時回調(diào)函數(shù)也通知適配模塊緩存已經(jīng)建立，并最終通知給上層應用程序。 (3)傳輸函數(shù)：傳輸函數(shù)將調(diào)用微型驅(qū)動中的md—SubmitChan函數(shù)。mdSubmitChan函數(shù)將從適配模塊中獲得一塊緩存，并將緩存的新信息通過通道實例通知給中斷服務程序(ISR)。PIO模塊通過傳輸函數(shù)實現(xiàn)應用程序與微型驅(qū)動之間的通信。 2．3 GIO模塊 GIO模塊在提供必要的同步讀／寫API函數(shù)及其擴展函數(shù)的同時，將代碼和使用數(shù)據(jù)緩存的大小盡量簡化。如圖2所示，應用程序可以調(diào)用GIO的API函數(shù)直接與微型驅(qū)動的IOM交換數(shù)據(jù)，這些API函數(shù)使得GIO成為了第三種類驅(qū)動。 當調(diào)用GIO_create創(chuàng)建一個外部設備的通道實例時，GIO在通道實例中增加了狀態(tài)和I／O請求狀態(tài)結(jié)構(gòu)、IOM數(shù)據(jù)包(IOM_Packets)及一個GIO數(shù)據(jù)對象。GIO創(chuàng)建的通道實例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： typedef stmct GIO_Obj{ IOM_Fxns *fxns； /* 函數(shù)表指針*／ Uns mode； /* 創(chuàng)建模式 *／ Uns timeout； /* 超時時間 *／ IOM_Packet syncPacket；/* 同步時使用的IOM_Packet *／ QUE_Obj freeList； /* 異步I／O隊列 *／ Ptr syncObj； /* 同步對象地址 *／ Ptr mdChan； /* 通道實例地址 *／ }GIO_Obj，*GIO_Handle； 函數(shù)表指針是應用程序和微型驅(qū)動函數(shù)表(fxns)的接口；創(chuàng)建模式包括：輸入(IOM_INPUT)、輸出(IOM_OUTPUT)和雙向(IOM_NOUT)；IOM Packet在類驅(qū)動和微型驅(qū)動間的異步操作時使用；同步對象地址指向特定通道的同步信號；通道實例地址指向微型驅(qū)動創(chuàng)建的通道實例。 3 微型驅(qū)動的設計和實現(xiàn) 類／微型驅(qū)動模型中的微型驅(qū)動直接控制外部設備。只要微型驅(qū)動創(chuàng)建了規(guī)定的函數(shù)，應用程序就可以方便地通過DIO適配模塊、PIO適配模塊或(和)GIO類驅(qū)動調(diào)用。這些規(guī)定的函數(shù)包括：通道綁定函數(shù)(md—BindDev)、通道創(chuàng)建／刪除函數(shù)(mdCreateChan／md—DeleteChan)、I／O請求發(fā)送函數(shù)(mdSubmitChan)、中斷服務函數(shù)(ISRs)和設備控制函數(shù)(mdControlChan)。這些規(guī)定的函數(shù)將放入微型驅(qū)動的函數(shù)接口表(IOM_Fxns)中的相應位置，供應用程序通過適配模塊或GIO類驅(qū)動調(diào)用。函數(shù)接口表的結(jié)構(gòu)如下： typedef struct IOM_Fxns { IOM_TmdBindDev mdBindDev； IOM—TmdUnBindDev mdUnBindDev； IOM—TmdControlChan mdControlChan； IOM_TmdCreateChan mdCreateChan； IOM_TmdDeleteChan mdDeleteChan； IOM_TmdSubmitChan mdSubmitChan； }IOM_Fxns； 3．1 綁定通道函數(shù) DSP／BIOS設備初始化時將調(diào)用每個已注冊到微型驅(qū)動中的綁定函數(shù)(mdBindDev)。綁定函數(shù)一般要實現(xiàn)下列功能：根據(jù)配置的設備參數(shù)和可能存在的全局設備數(shù)據(jù)初始化外圍設備；掛入中斷服務函數(shù)(ISRs)；獲得緩存、McBSPs、McASPs和DMA等資源。 如果微型驅(qū)動使用多個外部設備，則DSP／BIOS為每個外設調(diào)用綁定函數(shù)。設備參數(shù)devid用來區(qū)分設備。如果支持一個設備，則綁定函數(shù)必須檢查是否已經(jīng)有設備綁定。 微型驅(qū)動如果使用靜態(tài)數(shù)據(jù)來減少實時處理的動態(tài)數(shù)據(jù)分配，可以使用輸入／輸出數(shù)據(jù)指針(devp)。輸入／輸出數(shù)據(jù)指針將傳給通道創(chuàng)建函數(shù)(mdCreateChan)。 3．2 通道創(chuàng)建／刪除函數(shù) 從應用的觀點出發(fā)，在應用程序和外部設備之間必須有一個邏輯交流通道用來交換數(shù)據(jù)。應用程序通過微型驅(qū)動創(chuàng)建一個或多個邏輯通道對象作為應用程序的邏輯通道。通道創(chuàng)建函數(shù)(mdCreateChan)根據(jù)需要創(chuàng)建通道對象并給通道對象設置初始值。通道刪除函數(shù)(md—DeleteChan)則刪除已創(chuàng)建好的通道對象。雖然每個微型驅(qū)動的通道對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都略有不同，但有些字段是必須的，如通道模式、等待I／O包序列和回調(diào)函數(shù)。以下是一個常見的通道對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： typedef struct ChanObj { Bool inuse； /* 如果為TRUE，則通道已打開 *／ Int mode； /* 通道模式 *／ IOM_Packet *dataPacket； ／*I／O包 *／ QUE_Obj pendList, /* 等待I／O包序列 *／ Uns *bufptr； /* 當前緩存指針 *／ Uns bufcnt； /* 未處理的緩存數(shù)目 *／ IOM_TiomCallback cbFxn； /* 回調(diào)函數(shù) *／ Ptr cbArg； /* 回調(diào)函數(shù)參數(shù)地址 *／ }ChanObj，*ChanHandle； 3．3 I／O請求發(fā)送函數(shù) 微型驅(qū)動中的I／O請求發(fā)送函數(shù)(mdSubmitChan)用來處理IOM_Packet包中的命令字段。根據(jù)不同命令字段，微型驅(qū)動將處理命令或返回錯誤信息(IOM_ENOTIMPL)。 微型驅(qū)動支持的命令字段有：IOM_READ、IOM_WRITE、IOM_ABORT和IOM_FLUSH。微型驅(qū)動創(chuàng)建的輸入通道由IOM_READ命令來執(zhí)行輸入任務，創(chuàng)建的輸出通道則由IOM_WRITE命令來執(zhí)行輸出任務。要放棄或者刷新已經(jīng)發(fā)送的I／O請求，可以使用IOM_BORT或IOM FLUSH命令。當放棄時，I／O請求包隊列中的所有輸入輸出請求都將被放棄。當刷新時，所有的I／O輸出包順序執(zhí)行，而所有的輸入I／O包都被放棄。 3．4 中斷服務函數(shù) 微型驅(qū)動的中斷功能就是去處理外部設備的觸發(fā)事件，例如周期性的中斷。中斷通常是表示外設采樣完數(shù)據(jù)或者處理完數(shù)據(jù)，也可以用于為DMA提供同步信號，微型驅(qū)動必須處理這些中斷。通常微型驅(qū)動中的中斷服務函數(shù)ISRs必須完成以下功能： 出列IOM_Packet請求；設置下一次傳送或服務請求；調(diào)用類驅(qū)動的回調(diào)函數(shù)以保證和應用程序同步，并返回IOM_Packet。
3．5 設備控制函數(shù) 微型驅(qū)動支持的控制操作因不同的外部設備而異。IOM定義了一些通用的控制代碼供驅(qū)動程序調(diào)用。特定設備獨有的控制代碼必須自己編寫，其特征值必須大于128(IOM_CNTL_USER)。目前IOM支持的通用的控制代碼有： IOM_CHAN_RESET：將創(chuàng)建的通道實例重新恢復到初始狀態(tài)。 IOM_CHAN TIMEDOUT：當應用程序或類驅(qū)動超時時，此控制代碼將進行超時操作。例如，一個超時的IOM_Packet，如果沒執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，可能會被返回類驅(qū)動。 IOM_DEVICE_RESE：外部設備重新恢復到初始狀態(tài)，它將影響為這個外部設備創(chuàng)建的所有通道實例。 微型驅(qū)動支持的控制代碼和控制操作必須告訴使用微型驅(qū)動的應用程序開發(fā)者，特別要注明該代碼的針對對象(是針對通道實例還是針對設備實例)。例如：改變外設波特率的控制代碼，必須注明是針對某個通道或者所有通道的，否則容易給應用程序帶來錯誤。 4 類／微型驅(qū)動模型驅(qū)動應用實例——C64x系列DSP／BIOS中PCI設備的驅(qū)動 4．1 微型驅(qū)動的設計與編寫 (1) 設計mdBindDev的部分程序代碼： static Int mdBindDev(Ptr *devp，Int devid，Ptr devParams) { …… QUE_new(%26;amp;device．hiShPrioQue)/*戶建立IOM包隊列*／ QUE_new(%26;amp;device．lOwPrioQue)； …… hwiAttrs．ccMask=IRQASK_NONE； /*初始化PCI中斷*／ hwiAttrs．a(chǎn)rg＝NULL； IRQ_map(1RQ_EVIDSPINT，intrld)； HWI_dispatchPlug(intrId，(Fxn)isr，—1，%26;amp;hwiAttrs)； } (2)設計mdCreateChah的部分程序代碼 static Int mdCreateChan(Ptr *chanp，Ptr devp，String name， Int mode，Ptr chanParams，IOM_Tiom Callback cbFxn，Ptr cbArg) { …… chan＝MEM_alloc(0，sizeof(ChanObj)，0)； chan—>queue＝%26;amp;device．hghPrioQue； /*通道初始化*／ …… if(device．openCount＝＝0){ PCI_intEnable(PCI_EVT_PCIMASTER)； ／*PCI設備中斷初始化。*／ …… IRQ_enable(IRQ_EVT_DSPINT)； } *chanp＝chan； /*返回創(chuàng)建通道*／ } (3)設計mdSubmitChan的部分程序代碼 static Int mdSubmitChan(Ptr chanp，IOM_Packet *pPacket) { ChanHandle chan＝(ChanHandle)chanp； /*掛載已創(chuàng)建通道*／ …… req＝(C64XX_PCI_Request*)packet->addr； ／*I／O請求包地址*／ req->reserved＝chan； …… /*處理讀寫請求包*／ if(packet->cmd＝＝IOM_READ‖packet->cmd＝＝ IOM_WRITE){ imask＝HWI_disable()； QUE_enqueue(chan->queue，packet) …… } ……/*處理其它功能的請求包 *／ removePackets(chan，packet->cmd)； /*移除已處理的請求包*／ } 中斷服務函數(shù)(ISRs)和設備控制函數(shù)(mdControlChan)的結(jié)構(gòu)與以上I／O請求發(fā)送函數(shù)(mdSubmitChan)的結(jié)構(gòu)類似，本文不再作敘述。 4．2 在DSP／BIOS中注冊微型驅(qū)動 打開DSP／BIOS配置工具，如圖3所示。右鍵點擊User-Defined Devices圖標，選擇插入選項，并重新命名為PCICHAN。右鍵點擊PCICHAN，選擇屬性選項，進行注冊，如圖4所示。 4．3 編寫類驅(qū)動 本例的類驅(qū)動使用通用輸入輸出模塊，首先右鍵點擊圖3中的GIO Manager，選擇啟動GIO。在應用程序中，GIO_create函數(shù)使用微型驅(qū)動PCICHAN來創(chuàng)建通道實例，通過調(diào)用GIO_submit函數(shù)完成應用程序?qū)CI設備的讀寫操作等。源代碼如下： (1)創(chuàng)建通道 CIO—Handle pciChan； C64Xx_PCI_Attrs pciChanParam； C64XX_PCI_Request pciChanRequest； C64XX_PCI_DevParams pciChanDevParam； GIO_AppCallback pciChanCallBack； pciChan＝GIO_create(”／PCICHAN”，IOM_INOUT，%26;amp;status，NULL，NULL)； (2)發(fā)送讀請求包 pciChanRequest．srcAddr＝(Ptr)BitsBuffer； pciChanRequest．dstAddr＝(Ptr)m_DspControl．CstartAddr； pciChanRequest．byteCnt＝length+20； pciChanRequest．options＝PCI_WRITE； pciChanReqSize＝sizeof(pciChanRequest)； status＝GIO_submit(pciChan，IOM_WRITE，%26;amp;pciChanRe—quest，%26;amp;pciChanReqSize，NULL)； 通過上述三個步驟，PCI設備的DSP／BIOS驅(qū)動設計就基本上完成了。應用程序可以通過使用類驅(qū)動來復用PCI設備，這樣極大地提高了驅(qū)動的工作效率，對PCI外設的控制也大為簡化了。
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