1、uClinux操作系統(tǒng)概述

uClinux是Linux2.0的一個(gè)分支，它被設(shè)計(jì)用于沒有MMU的微控制器領(lǐng)域，即被廣泛應(yīng)用于嵌入式Linux領(lǐng)域。uClinux的最大特征就是沒有MMU（內(nèi)存管理單元模塊）。它很適合那些沒有MMU的處理器，如ARM7TDMI，m68ez328等。

uClinux具有完全的TCP/IP協(xié)議棧，同時(shí)對(duì)其他許多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都提供支持。這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都在uClinux上得到了很好的實(shí)現(xiàn)。uClinux可以稱作是一個(gè)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

2、Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)概述

     Linux系統(tǒng)內(nèi)核通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外圍設(shè)備交互，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是Linux內(nèi)核的一部分，它是一組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)通過定義的接口控制一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。

和UNIX一樣，Linux中所有的設(shè)備均作為文件來對(duì)待，這些文件一般稱為特殊文件，這樣做的一個(gè)好處是使用戶或應(yīng)用程序可按操縱普通文件的方式進(jìn)行訪問控制硬件設(shè)備。

Linux內(nèi)核有三種類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。Linux的設(shè)備由一個(gè)主設(shè)備號(hào)（major）和一個(gè)次設(shè)備號(hào)（minor）標(biāo)識(shí)。主設(shè)備號(hào)唯一標(biāo)識(shí)了設(shè)備類型，它是塊設(shè)備表或字符設(shè)備表中設(shè)備表的索引。次設(shè)備號(hào)僅由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序解釋，用于識(shí)別同類設(shè)備中，I/O請(qǐng)求所涉及到的那個(gè)設(shè)備。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以分為3個(gè)主要組成部分：

（l）自動(dòng)配置和初始化子程序，負(fù)責(zé)檢測(cè)所要驅(qū)動(dòng)的硬件設(shè)備是否能正常工作。

（2）服務(wù)于I/O請(qǐng)求的子程序，又稱為驅(qū)動(dòng)程序的上半部分。

（3）中斷服務(wù)子程序，又稱為驅(qū)動(dòng)程序的下半部分。

3、uClinux下CAN設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序編寫

根據(jù)上文對(duì)LINUX下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的描述，以及參考相關(guān)的實(shí)例分析，下面對(duì)CAN總線設(shè)備SJA1000的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行編寫。

CAN設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H上是linux內(nèi)核直接對(duì)sja1000器件的初始化與讀寫操作。經(jīng)分析，sja1000 CAN驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)成包括如下幾個(gè)部分：

1）定義sja1000芯片內(nèi)所有寄存器的訪問地址，用于完成對(duì)其內(nèi)部寄存器以及緩沖區(qū)的讀寫訪問。例如：

#define IO_PMOD    (*(volatile unsigned *)0x3ff5000)

#define IO_PDATA   (*(volatile unsigned *)0x3ff5008)

#define IO_PCON    (*(volatile unsigned *)0x3ff5004)

#define SJA_MOD    (0x2700000) #define SJA_CMR     (0x2700004)

…………………

#define SJA_CANRXB7 (0x270006c) #define SJA_CANRXB8 (0x2700070)

因?yàn)樵谖覀兊南到y(tǒng)中，對(duì)sja1000的讀寫是采用的部分模擬時(shí)序的方式，所以用到了S3C4510的IO端口。下面對(duì)sja1000地址的定義進(jìn)行分析。因?yàn)閡Clinux運(yùn)行的時(shí)候，采用的是32位方式，即兩個(gè)相鄰地址間相隔4個(gè)字節(jié)，而在sja1000內(nèi)部的地址間的間隔只有1個(gè)字節(jié)。雖然可以對(duì)S3C4510的內(nèi)部寄存器定義為在訪問sja1000的時(shí)候，將位寬度定義為8位，但這樣會(huì)與linux系統(tǒng)運(yùn)行不匹配，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)讀寫不正常。所以將sja1000的地址定義為32位寬度。于是各個(gè)寄存器地址為（基址＋sja1000內(nèi)部地址×4）。這里將sja1000的基址定義為0x2700000。

2）編寫對(duì)SJA1000內(nèi)部寄存器訪問的讀寫函數(shù)

因?yàn)镾3C4510B處理器的地址和數(shù)據(jù)總線是分開的，而SJA1000的地址與數(shù)據(jù)總線是8位分時(shí)復(fù)用的。所以我們只有采用先向sja1000的8位地址數(shù)據(jù)總線上送出地址，然后再送數(shù)據(jù)或者讀數(shù)據(jù)的方式。片選信號(hào)/CS，讀信號(hào)/RD，寫信號(hào)/WR仍由S3C4510B自己產(chǎn)生。需要模擬的是鎖存信號(hào)ALE、地址數(shù)據(jù)總線AD0-AD7。參照sja1000時(shí)序圖，具體的操作步驟見下面程序和注釋。

寫子程序如下：

   void sja_write(unsigned int data, unsigned int addr)

{   unsigned char tmp;

    tmp=(addr)>>2;//將32位地址右移2位，tmp的低8位即為sja1000實(shí)際地址。

        outl(tmp,addr);//將地址信息作為數(shù)據(jù)送往SJA1000數(shù)據(jù)總線

        IO_PDATA=0x32;//ALE=0，讓SJA1000將該地址鎖存

        outl(data,addr);//將數(shù)據(jù)信息送往SJA1000數(shù)據(jù)總線

        O_PDATA=0x33; } //將ALE置高電平，74HC245的/OE置高位

讀子程序如下：

unsigned char sja_read(unsigned int addr)

{ unsigned char data;

    volatile unsigned int data1;

    unsigned char tmp;

tmp=(addr)>>2; //將32位地址右移2位，tmp的低8位即為sja1000實(shí)際地址S3C2410

    outl(tmp,addr); //將地址信息作為數(shù)據(jù)送往SJA1000數(shù)據(jù)總線

    IO_PDATA=0x32; //p0-ALE=0，鎖存地址信息

    IO_PDATA=0x12; //p5-245dir=0，將74HC245的方向置為CPU輸入方向

    data1=inl(addr); //讀出所需的數(shù)據(jù)

    IO_PDATA=0x33; //ALE置高，74HC245置為不工作狀態(tài)

    data=data1;     return(data);   }//返回?cái)?shù)據(jù)

    后面對(duì)sja1000的初始化、CAN發(fā)送與CAN接收函數(shù)中需要對(duì)寄存器操作均調(diào)用sja_write()和sja_read()函數(shù)進(jìn)行。

3）定義驅(qū)動(dòng)程序的文件結(jié)構(gòu)

    在LINUX系統(tǒng)中，對(duì)硬件設(shè)備的訪問也是被當(dāng)作文件來操作的。這里定義的文件接口將可以在外部的應(yīng)用程序中被調(diào)用。在CAN驅(qū)動(dòng)程序中，只定義了讀CAN信息（CAN接收）、向CAN節(jié)點(diǎn)寫信息（CAN發(fā)送）、打開CAN設(shè)備、關(guān)閉CAN設(shè)備等4個(gè)文件接口。定義信息如下面的程序所示。在sja1000_fops中所定義的函數(shù)都必須在驅(qū)動(dòng)程序中編寫。

static struct file_operations sja1000_fops = {

    read:       sja1000_read,   //CAN接收數(shù)據(jù)

    write:      sja1000_write,//CAN發(fā)送

   open:       sja1000_open,   //打開設(shè)備S3C2410 開發(fā)板II（B）+3.5寸帶觸摸TFT液晶屏

   release:  sja1000_release, };//關(guān)閉設(shè)備

4）定義sja1000_write ：CAN發(fā)送函數(shù)（寫函數(shù)）

static int sja1000_write(struct file *filp, const char *buf, size_t size,

loff_t *offp){  }

    在CAN總線控制器Sja1000初始化完成后，即可設(shè)置CAN發(fā)送，具體對(duì)sja1000寄存器的相關(guān)操作的相關(guān)程序可參閱SJA1000器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

5）定義sja1000_read ：CAN接收函數(shù)（讀函數(shù)）

static int sja1000_read(struct file *filp, char *buf, size_t size,

loff_t *offp) {  }

   該函數(shù)完成對(duì)CAN總線網(wǎng)絡(luò)上相應(yīng)信息的接收。在本系統(tǒng)中CAN接收采用的是查詢方式。

6）編寫sja1000_open：文件打開函數(shù)

static int sja1000_open(struct inode *inode,struct file *file) { }S3C2410 開發(fā)板II（B）+3.5寸帶觸摸TFT液晶屏

進(jìn)程調(diào)用該函數(shù)表示對(duì)設(shè)備的占用。如果返回為－1，表示設(shè)備已被其他進(jìn)程占用，打開非法。如果采用中斷方式，對(duì)中斷的注冊(cè)也可放在本函數(shù)中。

7）編寫sja1000_release：文件關(guān)閉函數(shù)

static int sja1000_release(struct inode *inode, struct file *file) { }

該函數(shù)進(jìn)程完成對(duì)設(shè)備占有權(quán)的釋放，釋放后，其他的進(jìn)程就可以訪問這個(gè)設(shè)備了。

8）編寫sja1000_init(void)：void sja1000_init(void) { } CAN設(shè)備初始化函數(shù)

 該函數(shù)完成設(shè)備在LINUX內(nèi)核中的登記。并完成對(duì)sja1000初始化。

Sja1000寄存器配置通過調(diào)用上面已寫好的sja_write()函數(shù)完成。驅(qū)動(dòng)函數(shù)登記我們采用的是靜態(tài)加載的方式，通過調(diào)用register_chrdev()完成，程序如下：

if(result = register_chrdev(254,"sja1000",&sja1000_fops))  S3C2410 開發(fā)板II（B）+3.5寸帶觸摸TFT液晶屏

   printk("S3C4510-sja1000: Error %d registering device sja1000\n", result);

其中，254是為sja1000設(shè)備分配的主設(shè)備號(hào)，“sja1000”是顯示在/dev中的設(shè)備名，sja1000_fops為對(duì)應(yīng)的文件系統(tǒng)指針。返回值小于0表示失敗，大于或等于0表示成功。

9）將驅(qū)動(dòng)程序加到uClinux內(nèi)核中

    當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序sja1000.c編寫完成后，下面的工作就是將它加到uClinux內(nèi)核中了。這需要修改uClinux的源代碼，然后重新編譯uClinux內(nèi)核。

    ①將設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序文件sja1000.c復(fù)制到/uClinux－dist/linux/drivers/char目錄下。該目錄保存了uClinux字符設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。修改該目錄下mem.c文件，在Init chrdev_init()函數(shù)中增加如下代碼：

#ifdef CONFIG_SJA1000_DRIVER device_init() #endifS3C2410 開發(fā)板II（B）+3.5寸帶觸摸TFT液晶屏

其中CONFIG_SJA1000_DRIVER是在配置uClinux內(nèi)核時(shí)賦值的。

②在uClinux/linux/drivers/char目錄下 Makefile中增加如下代碼：

ifeq($(CONFIG_SJA1000_DRIVER,y)  L_OBJS+=sja1000.c  endif

如果在配置uClinux內(nèi)核的時(shí)候選擇了支持我們定義的設(shè)備，則在編譯內(nèi)核的時(shí)候會(huì)編譯sja1000.c，生成 sja1000.o文件。

③修改 /uClinux-dist/linux/arch/m68knonunu目錄下 config.in文件，在 comment' Character devices’語句下面加上

bool 'support for sja1000 driver'CONFIG_SJA1000_DRIVERS3C2410 開發(fā)板II（B）+3.5寸帶觸摸TFT液晶屏

這樣，在編譯內(nèi)核，運(yùn)行make menuconfig的時(shí)候，且在配置字符設(shè)備時(shí)就會(huì)有選項(xiàng)：

    support for sja1000 driver 當(dāng)選中這個(gè)選項(xiàng)的時(shí)候，設(shè)備驅(qū)動(dòng)就加到內(nèi)核中了。

    ④在romfs中加上設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)?yīng)的設(shè)備文件。設(shè)備文件都被包含在/dev目錄下。uClinux中使用的根文件系統(tǒng)是romfs文件系統(tǒng)。這個(gè)文件系統(tǒng)是一個(gè)只讀文件系統(tǒng)，所以設(shè)備文件必須在編譯內(nèi)核的時(shí)候加到romfs文件系統(tǒng)的image中。

    不同的硬件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的設(shè)備文件，在/uClinux-dist/vendors目錄下，分別定義了它們的Makefile文件。在uClinux－dist/Vendors里S3C4510對(duì)應(yīng)的目錄下找到它的Makefile文件，并找到區(qū)域DEVICES＝\ tty,c,5,0 console,c,5,1 cua0,c,5,64 cual,c,5,65\,在后面再加上設(shè)備項(xiàng) sja1000,c,254,1\就行了。

    ③重新編譯內(nèi)核；在shell中將當(dāng)前目錄cd到uClinux-dist目錄下，然后：S3C2410 開發(fā)板II（B）+3.5寸帶觸摸TFT液晶屏

      #make menuconfig      #make dep      #make

    當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序和uClinux內(nèi)核一起編譯鏈接并生成映像下載到目標(biāo)板運(yùn)行以后，可以通過查看/proc/devices，如果已經(jīng)顯示有sja1000，則表明設(shè)備加載成功。如果使用了中斷，也可以查看/proc/interrupts，該文件記錄了當(dāng)時(shí)已經(jīng)完成的所有系統(tǒng)中斷情況。

4、結(jié)束語

實(shí)時(shí)性方面,可以使用進(jìn)程間通信如管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等方法將CAN總線的接收中斷與應(yīng)用程序直接關(guān)聯(lián)，加快系統(tǒng)對(duì)CAN總線事件的響應(yīng)速度。進(jìn)一步可以通過RTLinux和RTAI(Real Time Application Interface)這兩種方案增強(qiáng)uClinux的實(shí)時(shí)性。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn):有效地解決了在沒有MMU的CPU之上開發(fā)一些簡(jiǎn)單任務(wù)操作系統(tǒng)或控制程序效率低、程序簡(jiǎn)單的缺點(diǎn)。通過使用嵌入式uClinux,它既保存了原先Linux操作系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，又對(duì)內(nèi)核的代碼重新編寫，減少了內(nèi)核容量，提高了效率。同時(shí)也提出了在CAN總線設(shè)備下設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序的方法。

5、參考文獻(xiàn)

[1] 白小明，邱桃榮．基于Linux的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的研究 ［J］．微計(jì)算機(jī)信息，2006，5-22：78-79。http://www.51kaifa.com/shop/read.php?ID=4812

[2] 魏長(zhǎng)江，張凌云，李國財(cái).基于uClinux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用實(shí)例［J］.煤礦機(jī)械，2005，8

[3] 蔡莉,盧珞先.RS-485通信與CAN總線的接口設(shè)計(jì)［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版)， 2002，1

[4] 胡晨峰.JFFS2文件系統(tǒng)在uClinux中的應(yīng)用［J］.電子產(chǎn)品世界，2003，7  http://www.51kaifa.com/shop/read.php?ID=4812