摘   要： PCI局部總線具有使用方便、數(shù)據(jù)傳輸率高等特點(diǎn)，已成為計算機(jī)必備的一種接口。Linux是一種日趨成熟完善的操作系統(tǒng)，越來越多的軟硬件廠商開始使用Linux平臺開發(fā)自己的產(chǎn)品，因而對基于該平臺的設(shè)備驅(qū)動程序的需求也愈來愈多。介紹了Linux驅(qū)動程序開發(fā)的一般方法，并實(shí)現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)緩存PCI卡在Linux環(huán)境下的驅(qū)動程序。
關(guān)鍵詞： Linux操作系統(tǒng); PCI總線; 設(shè)備驅(qū)動; 流媒體數(shù)據(jù)緩存卡

    隨著通用處理器和嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備需要由處理器控制。目前大多數(shù)CPU和外部設(shè)備都會提供PCI總線的接口，PCI總線已成為計算機(jī)系統(tǒng)中一種應(yīng)用廣泛、通用的總線標(biāo)準(zhǔn)[1]。Linux因其開放源代碼以及穩(wěn)定的性能，越來越受到廣大用戶青睞。同時，基于Linux內(nèi)核的嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用勢頭強(qiáng)勁，開發(fā)基于Linux的設(shè)備驅(qū)動程序，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可移植性[2]。
1 PCI總線概述
    PCI(Peripheral Component Interconnect)總線，即外部設(shè)備互連，是現(xiàn)在流行的一種連接PC和外圍設(shè)備的總線結(jié)構(gòu)[3]。PCI提供了一組完整的總線接口規(guī)范，可以在33 MHz時鐘頻率、32 bit數(shù)據(jù)總線寬度的條件下達(dá)到峰值132 Mb/s的傳輸速率;它能支持一種稱為線性突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸模式，可確?？偩€不斷滿載數(shù)據(jù)；采用總線主控與同步操作，顯著改善PCI的性能；PCI獨(dú)立于處理器的結(jié)構(gòu)，用戶可隨意增添外圍設(shè)備，以擴(kuò)展電腦系統(tǒng)而不必?fù)?dān)心在不同時鐘頻率下會導(dǎo)致性能下降。
2 PCI設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
　Linux中將設(shè)備分成字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三種類型，通過主設(shè)備號和從設(shè)備號實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的描述。其中主設(shè)備號描述控制該設(shè)備的驅(qū)動程序，即驅(qū)動程序與主設(shè)備號一一對應(yīng)，從設(shè)備號用來區(qū)分同一個驅(qū)動程序控制的不同設(shè)備[5]。
　PCI設(shè)備屬于字符設(shè)備。本設(shè)計采用模塊方式實(shí)現(xiàn)PCI卡驅(qū)動程序。驅(qū)動程序主要由設(shè)備注冊和注銷、設(shè)備探測和移除、設(shè)備中斷處理和系統(tǒng)調(diào)用等函數(shù)組成。
2.1 設(shè)備注冊和注銷
　使用一個設(shè)備之前,必須保證己經(jīng)對它進(jìn)行注冊，這項(xiàng)工作一般是在設(shè)備初始化時完成。設(shè)備初始化函數(shù)中調(diào)用函數(shù)register_chrdev（）來注冊字符設(shè)備。流媒體數(shù)據(jù)緩存PCI卡驅(qū)動程序的注冊代碼如下：
　#define MAJOR_NUM 128
    register_chrdev(MAJOR_NUM，"pci_card"，&pci_card_fops);
    將設(shè)備的主設(shè)備號設(shè)為128,設(shè)備名稱為pci_card。pci_card_fops是一個file_operations結(jié)構(gòu)指針,這個結(jié)構(gòu)是設(shè)備驅(qū)動程序所提供的入口點(diǎn)位置，在設(shè)備注冊時向系統(tǒng)進(jìn)行登記，以便系統(tǒng)在適當(dāng)時調(diào)用。pci_card_fops定義如下：
　static struct file_operations pci_card_fop={
　　        owner:THIS_MODULE，
　　        open:pic_card_open，
　　        release:pic_card_release，
　　        read:pic_card_read，
　　        write:pic_card_write，
　　        ioctl:pic_card_ioctl
　};
　當(dāng)不再使用此設(shè)備時，需調(diào)用unregister_chrdev（）函數(shù)注銷驅(qū)動程序。
2.2 設(shè)備探測和移除
　在掃描到新的PCI設(shè)備后，系統(tǒng)需要調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的探測函數(shù)以查找與設(shè)備相匹配的PCI驅(qū)動。流媒體數(shù)據(jù)緩存PCI卡設(shè)備驅(qū)動的探測函數(shù)pic_card_probe()的主要實(shí)現(xiàn)代碼如下：
　pci_card = kmalloc(sizeof(struct pci_card)，GFP_KERNEL);
                             //為設(shè)備實(shí)例分配存儲空間
　pci_enable_device(dev);                      //激活PCI設(shè)備
　spin_lock_init(pci_card ->lock);
                        //初始化特定設(shè)備實(shí)例的私有化數(shù)據(jù)
　pci_read_config_byte(dev，PCI_REVISION_ID，(u8*)&(pci_
　card ->rev_id));                  //讀取配置信息
　pci_card->mem_base=pci_resource_start(dev， 0);
                              //讀取I/O資源的配置信息
　pci_request_regions(dev，"pic_card");      //申請I/O區(qū)域
　pci_set_master(dev);                 //設(shè)置成總線主模式
　pic_card->mem_start=ioremap(pic_card->mem_base，
　pic_card->mem_size);              // I/O內(nèi)存映射
　設(shè)備移除函數(shù)主要完成釋放映射的虛擬地址、釋放I/O區(qū)域、關(guān)閉PCI設(shè)備和釋放為設(shè)備實(shí)例分配的內(nèi)核空間等功能。
2.3 中斷處理
　流媒體數(shù)據(jù)緩存卡驅(qū)動中的中斷處理程序主要負(fù)責(zé)識別中斷、響應(yīng)中斷和喚醒睡眠的進(jìn)程，中斷處理代碼如下：
　inl(pci_card->iobase+PCI_CARD_INT_STA); // 識別中斷
　outl(status&INT_MASK， pci_card->iobase + PCI_CARD_
INT_STA);                                         //響應(yīng)中斷
　wake_up_interruptible(&pci_card->wq);   //喚醒睡眠進(jìn)程
2.4 系統(tǒng)調(diào)用
　用戶進(jìn)程利用系統(tǒng)調(diào)用對設(shè)備文件進(jìn)行諸如read/write操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設(shè)備文件的主設(shè)備號找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的函數(shù)指針,接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。流媒體數(shù)據(jù)緩存PCI卡的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)主要包括設(shè)備的打開、關(guān)閉、讀寫和控制等。
　在使用PCI設(shè)備之前，必須先打開所要使用的PCI設(shè)備。當(dāng)用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用open()函數(shù)時，應(yīng)用程序就會自動進(jìn)入驅(qū)動程序中的pci_card_open()函數(shù)。pic_card_open()函數(shù)主要負(fù)責(zé)增加模塊的使用計數(shù)，并根據(jù)pic_card_probe()讀到的中斷號申請中斷，注冊中斷處理程序。具體實(shí)現(xiàn)如下：
　MOD_INC_USE_COUNT
　request_irq(pci_card->irq，pci_card_interrupt，SA_SHIRQ，"pci_card"，pci_card));
　在使用完P(guān)CI設(shè)備后，必須關(guān)閉PCI設(shè)備。當(dāng)用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用close()函數(shù)時，應(yīng)用程序就會自動進(jìn)入驅(qū)動程序中的pci_card_release()函數(shù)。pci_card_release()函數(shù)的主要工作是釋放中斷和減少模塊的使用計數(shù)。
　用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用read()函數(shù)和write()函數(shù)對設(shè)備文件進(jìn)行讀寫操作時，應(yīng)用程序就會自動進(jìn)入驅(qū)動程序中的pci_card_read()函數(shù)和pci_card_write()函數(shù)。pci_card_read()函數(shù)首先會阻塞在以pci_card->wq為隊頭的等待隊列上。當(dāng)流媒體數(shù)據(jù)緩存卡上的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，即pci_card->state變?yōu)镽EADY時，pci_card_read()函數(shù)會被喚醒。函數(shù)被喚醒后，會先將數(shù)據(jù)從設(shè)備I/O內(nèi)存拷貝到內(nèi)核空間，再從內(nèi)核空間拷貝給用戶進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)方式如下：
　wait_event_interruptible(pci_card->wq，pci_card->state==READY);
　memcpy_fromio(pbuf，pci_card->mem_start，count);
　copy_to_user(buf，pbuf，count))；
　而pci_card_write()函數(shù)的主要工作是將數(shù)據(jù)從用戶進(jìn)程拷貝到內(nèi)核空間，再將內(nèi)核空間中的數(shù)據(jù)拷貝到設(shè)備I/O內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)代碼如下：
　copy_from_user(pbuf，buf，count);
　memcpy_toio(pci_card->mem_start，pbuf，count)；
　Linux是一種日趨成熟完善的操作系統(tǒng)，PCI總線已成為計算機(jī)系統(tǒng)中一種應(yīng)用廣泛、通用的總線標(biāo)準(zhǔn)。本文針對流媒體數(shù)據(jù)緩存卡設(shè)備，結(jié)合PCI總線的特點(diǎn)，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)緩存PCI卡在Linux環(huán)境下的設(shè)備驅(qū)動程序，本文介紹的驅(qū)動原理同樣適用其他PCI設(shè)備的開發(fā)。
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