基于VxBus的設(shè)備驅(qū)動開發(fā)

摘 要： 介紹了在VxWorks下，基于VxBus的設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)。結(jié)合PCI2040，講述了VxBus原理、設(shè)備驅(qū)動開發(fā)步驟及具體實現(xiàn)過程。
關(guān)鍵詞： VxWorks; VxBus; 設(shè)備驅(qū)動; BSP; PCI2040

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((tempr&0x1)!＝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。通過實際運用證明，所開發(fā)采集卡的驅(qū)動能夠穩(wěn)定運行,并且能很方便地將該驅(qū)動移植到其他的系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[1] 高超,郝燕玲,吳潤.VxWorks下網(wǎng)卡驅(qū)動程序的開發(fā)[J].微計算機(jī)信息.2004(9):18-20.
[2] 周啟平,張楊. VxWorks下設(shè)備驅(qū)動程序及BSP開發(fā)指南[M]. 北京.中國電力出版社，2004.
[3] VxWorks Device Driver Developer′s Guide Wind River Systems, Inc.2007.1,6.6
[4] VxWorks Device Driver Developer's Guide Volume 2, 6.6. Wind River Systems, Inc.2007.2,6.6
[5] VxWorks Device Driver Developer's Guide Volume 3,6.6. Wind River Systems, Inc.2007.3,6.6
[6] BSP Developer's Guide，6.6 Wind River Systems,Inc.2007.