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

    VxBus是風(fēng)河公司新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(gè)驅(qū)動(dòng)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(dòng)的開發(fā)過程[1]，分析了VxBus架構(gòu)下驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
1 VxBus簡(jiǎn)介
　VxBus是指在VxWorks中用于支持設(shè)備驅(qū)動(dòng)的特有的架構(gòu)，這種架構(gòu)包含對(duì)minimal BSP的支持。它包括以下功能:①允許設(shè)備驅(qū)動(dòng)匹配對(duì)應(yīng)設(shè)備;②提供驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的模塊化。VxBus在總線控制器驅(qū)動(dòng)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(dòng)與硬件設(shè)備之間正常的通訊。
　圖1是VxBus 在整個(gè)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(duì)總線控制驅(qū)動(dòng)的支持。

    在VxWorks6.2版本發(fā)布前，設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)，需要有豐富的BSP和驅(qū)動(dòng)開發(fā)相關(guān)的知識(shí)[2]。并且在驅(qū)動(dòng)被添加或移出時(shí)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(dòng)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(dòng)相關(guān)的知識(shí),也不會(huì)在添加、刪除驅(qū)動(dòng)時(shí)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(shí)現(xiàn)PCI局部總線與DSP之間無縫鏈接的專用芯片。在VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)主機(jī)與DSP的通訊，系統(tǒng)利用PCI2040實(shí)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(jí)的連接比較簡(jiǎn)單，將對(duì)應(yīng)的引腳連接即可。需要注意的是，未用的輸入信號(hào)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(shí)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(dòng)開發(fā)
    基于VxBus架構(gòu)下PCI2040設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)。
3.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)，CPU在上電時(shí)跳轉(zhuǎn)到一個(gè)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(gè)函數(shù)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dòng)分配內(nèi)存，這個(gè)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(dòng)和模塊的注冊(cè)工作。PCI2040的注冊(cè)函數(shù)是vxbPci2040Register()。vxbPci2040Register()通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，向系統(tǒng)注冊(cè)一些設(shè)備初始化函數(shù)。其中涉及到三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
LOCAL struct drvBusFuncs PciFuncs =
        {
        Pci2040InstInit,    /* devInstanceInit */
        Pci2040InstInit2,    /* devInstanceInit2 */
        Pci204InstConnect    /* devConnect */
        }
       在這個(gè)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(huì)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(gè)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(dòng)函數(shù)*/
           Pci2040Methods,            /* 設(shè)備方法結(jié)構(gòu) */
           Pci2040Probe,                    /* 設(shè)備探測(cè)函數(shù) */
           Pci2040ParamDefaults        /* 參數(shù)*/
           },
        NELEMENTS(PciPci204DevIDList),
        PciPci204DevIDList                /*設(shè)備資源列表*/
　　    };
　　最后這個(gè)結(jié)構(gòu)在vxbPci2040Registe()中被使用。這個(gè)結(jié)構(gòu)包括幾個(gè)驅(qū)動(dòng)的初始化入口，其中Pci2040Probe()是PCI2040采集卡的硬件探測(cè)函數(shù)，該函數(shù)在VxBus初始化過程中檢測(cè)采集卡的數(shù)量，當(dāng)檢測(cè)到采集卡時(shí)，將采集卡與驅(qū)動(dòng)結(jié)合，形成設(shè)備的一個(gè)實(shí)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(jiǎn)單地確保設(shè)備的中斷被禁止。
    當(dāng)所有驅(qū)動(dòng)在VxWorks注冊(cè)之后，hardWareInterFaceBusInit( )和hardWareInterFaceInit( ) 函數(shù)返回，sysHwInit( ) 完成非VxBus 驅(qū)動(dòng)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(gè)階段，內(nèi)核在sysHwInit2( )中執(zhí)行，BSP調(diào)用Pci2040InstanceInit2( )函數(shù)[5]。在這個(gè)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(shí)，完成內(nèi)核服務(wù)初始化，并可以被驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的初始化。在這個(gè)階段，Pci2040InstanceConnect( )函數(shù)被調(diào)用，完成最后的初始化工作，在這個(gè)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(dòng)的初始化完成。
3.2驅(qū)動(dòng)程序的配置
　采用VxBus驅(qū)動(dòng)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序可以被看成VxWorks 系統(tǒng)的一個(gè)組件，通過集成的Workbench開發(fā)環(huán)境來配置設(shè)備驅(qū)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，開發(fā)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)有一個(gè)最小的文件集,對(duì)于大多數(shù)VxWorks設(shè)備驅(qū)動(dòng)，最小的設(shè)備驅(qū)動(dòng)集要求有6個(gè)單獨(dú)的文件[6]。PCI2040數(shù)據(jù)采集卡需要有以下文件：
    · 一個(gè)驅(qū)動(dòng)源文件PCI2040.c,執(zhí)行驅(qū)動(dòng)運(yùn)行邏輯，包括PCI2040驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)代碼。
    · 一個(gè)組件描述文件PCI2040.cdf，允許集成驅(qū)動(dòng)到VxWorks開發(fā)工具Workbench當(dāng)中。
    · 一個(gè)PCI2040.dc文件，提供驅(qū)動(dòng)注冊(cè)函數(shù)原型。
    · 一個(gè)PCI2040.dr文件,提供一個(gè)調(diào)用注冊(cè)函數(shù)的C語言代碼段。
    · 一個(gè)readme文件 ,提供版本信息。
    · 一個(gè)makefile 文件，提供建立驅(qū)動(dòng)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(dòng)就會(huì)以組件的形式出現(xiàn)在開發(fā)工程的Kernel Configuration選項(xiàng)中，可以方便地進(jìn)行PCI2040驅(qū)動(dòng)配置。
4 應(yīng)用程序與驅(qū)動(dòng)的通信
    為了使設(shè)備和驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的訪問。VxBus方法是在驅(qū)動(dòng)中公開一個(gè)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(cè)的函數(shù)就是在驅(qū)動(dòng)中公開的函數(shù)，用于對(duì)PCI2040的操作。
    例如，通過PCI2040 完成對(duì)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(gè)指定的驅(qū)動(dòng)方法，這個(gè)函數(shù)反復(fù)查找所有的實(shí)例，并檢查每一個(gè)，看是否有指定公開申明的方法，如果實(shí)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(shí)例,可以用 vxbDevMethodGet( )函數(shù)找出驅(qū)動(dòng)函數(shù)相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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(shí)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(dòng)，通過擴(kuò)展文件實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的配置。與簡(jiǎn)單的非VxBus
驅(qū)動(dòng)相比，顯然增加了工作量，然而對(duì)于基于多個(gè)BSP設(shè)備的復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)，VxBus驅(qū)動(dòng)是優(yōu)于非VxBus驅(qū)動(dòng)的。通過實(shí)際運(yùn)用證明，所開發(fā)采集卡的驅(qū)動(dòng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,并且能很方便地將該驅(qū)動(dòng)移植到其他的系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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[2]     周啟平,張楊. VxWorks下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序及BSP開發(fā)指南[M]. 北京.中國(guó)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.