實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
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2 VxWorks設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可移植性，將應(yīng)用程序從直接操作硬件設(shè)備中解放出來(lái)，VxWorks操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序操作硬件設(shè)備提供一個(gè)一致的接口。這個(gè)接口就是由操作系統(tǒng)的I／O系統(tǒng)提供的。I／O系統(tǒng)將應(yīng)用程序的I／O請(qǐng)求傳遞給設(shè)備專用的I／O函數(shù)。這些設(shè)備專用的I／0函數(shù)就是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供的。本章從功能、接口與結(jié)構(gòu)3個(gè)角度闡述設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。
2．1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能
1)對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化 初始化的目的是使設(shè)備處于某種工作狀態(tài)，以便用戶程序訪問(wèn)該設(shè)備。
2)打開(kāi)設(shè)備操作 打開(kāi)設(shè)備操作實(shí)際上是查詢用戶指定的設(shè)備，并查看用戶是否可以使用該設(shè)備。因?yàn)樵O(shè)備是共享資源，當(dāng)設(shè)備正在被使用時(shí)，系統(tǒng)要對(duì)它進(jìn)行保護(hù)，禁止其他任務(wù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，直到設(shè)備資源被釋放。
3)關(guān)閉設(shè)備操作 關(guān)閉設(shè)備操作就是釋放設(shè)備資源。任務(wù)對(duì)設(shè)備完成操作后，必須進(jìn)行關(guān)閉設(shè)備操作，否則設(shè)備總是處于被占用狀態(tài)，其他任務(wù)無(wú)法使用。與打開(kāi)設(shè)備操作相對(duì)應(yīng)，有打開(kāi)操作就應(yīng)該有關(guān)閉操作。
4)從設(shè)備上接收數(shù)據(jù)并提交給系統(tǒng) 這項(xiàng)功能通常就是所說(shuō)的讀操作，接收外部傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)采用的方式有查詢方式、中斷方式和DMA方式。
5)把數(shù)據(jù)從主機(jī)上發(fā)送給設(shè)備 這項(xiàng)功能對(duì)應(yīng)通常的寫操作，把主機(jī)上的數(shù)據(jù)傳送給外界。通常系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)用該操作進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，有時(shí)也采取中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù)。
6)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制操作 在使用設(shè)備過(guò)程中，有時(shí)根據(jù)應(yīng)用的需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制(例如改變?cè)O(shè)備某個(gè)狀態(tài))，而控制操作就能提供這種功能。
2．2 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的接口
VxWorks通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序基本都是通過(guò)I／O系統(tǒng)來(lái)存取的，這樣做的好處是可以屏蔽底層硬件，對(duì)上層應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口。Vx-Works的I／O系統(tǒng)由基本I／O及含buffer的I／O組成，它提供標(biāo)準(zhǔn)的C庫(kù)函數(shù)，基本I／O庫(kù)與Unix兼容，而含buffer的I／O則與ANSI C兼容。VxWorks的I／O系統(tǒng)有其獨(dú)特的特性，使得它比其他I／O系統(tǒng)更快速、靈活，這在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中非常重要。還有一些特殊的通用IO設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序如串行通用IO設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序由于其自身的特性，雖然不是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)I／O來(lái)進(jìn)行存取的，但是也都有它們各自相關(guān)的規(guī)范。下面只介紹通過(guò)I／O系統(tǒng)存取的通用IO設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
VxWorks作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為了能夠更快、更靈活地進(jìn)行I／O操作，提供了若干庫(kù)來(lái)支持標(biāo)準(zhǔn)的字符設(shè)備和塊設(shè)備。一個(gè)字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序和I／O系統(tǒng)直接作用，調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序安裝函數(shù)iosDrvInstall()在VxWorks中安裝驅(qū)動(dòng)程序。它執(zhí)行7個(gè)基本的I／O操作：create，rem-ove，open，close，read，write和ioctl。如果設(shè)備不支持某些I／O操作，則相應(yīng)的程序可以被省略。iosDrvInstall()只是為驅(qū)動(dòng)程序在驅(qū)動(dòng)程序表中分配了一個(gè)位置，要運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序還需要調(diào)用設(shè)備安裝函數(shù)iosDevAdd()。iosDevAdd()把設(shè)備名和驅(qū)動(dòng)程序號(hào)寫到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)DEV_ HDR中，并把它加到系統(tǒng)的設(shè)備列表中。
一個(gè)塊設(shè)備的驅(qū)動(dòng)掛在文件系統(tǒng)上比直接掛在I／O系統(tǒng)上使用起來(lái)更方便。它先和文件系統(tǒng)作用，再由文件系統(tǒng)與I／O系統(tǒng)作用。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不使用iosDrvlnstall()來(lái)安裝驅(qū)動(dòng)程序，而是通過(guò)初始化塊設(shè)備描述結(jié)構(gòu)BLK_DEV或順序設(shè)備描述結(jié)構(gòu)SEQ_DEV來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序提供給文件系統(tǒng)的功能。類似的，塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不使用iosDevAdd()來(lái)將驅(qū)動(dòng)程序裝入I／O系統(tǒng)，而是使用文件系統(tǒng)設(shè)備初始化函數(shù)，如dos-FsDevInit()來(lái)完成。實(shí)際上，文件系統(tǒng)把自己作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序裝到I／O系統(tǒng)中，并把請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給實(shí)際的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
2．3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序包括3部分：初始化部分、函數(shù)功能部分和中斷服務(wù)程序ISR。
1)初始化部分初始化硬件，分配設(shè)備所需的資源，完成所有與系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)置。如果是字符設(shè)備，首先調(diào)用iosDrvInstall()來(lái)安裝驅(qū)動(dòng)程序，把中斷向量和ISR掛上，然后調(diào)用iosDevAdd()將驅(qū)動(dòng)程序加入I／O系統(tǒng)中；如果是塊設(shè)備，首先把中斷向量和ISR掛上，在內(nèi)存中分配一個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)，然后初始化該結(jié)構(gòu)。用戶要使用該設(shè)備時(shí)，先調(diào)用設(shè)備初始化函數(shù)xxlnit()，再調(diào)用設(shè)備創(chuàng)建函數(shù)xxDevCreate()，返回一個(gè)BLK_DEV結(jié)構(gòu)的指針，供文件系統(tǒng)初始化函數(shù)使用。
2)函數(shù)功能部分完成系統(tǒng)指定的功能。對(duì)于字符設(shè)備，這些函數(shù)就是指定的7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I／O函數(shù)；對(duì)于塊設(shè)備，則是在BLK_DEV或SEQ_DEV結(jié)構(gòu)中指定的功能函數(shù)。
3)中斷服務(wù)程序是實(shí)時(shí)系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)通過(guò)中斷機(jī)制來(lái)了解外部事件，并作出響應(yīng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的反應(yīng)速度取決于系統(tǒng)對(duì)中斷的響應(yīng)速度和中斷處理程序的處理速度。因此，中斷服務(wù)程序的處理時(shí)間應(yīng)盡量短。所有的中斷服務(wù)程序共享一個(gè)堆棧，沒(méi)有任務(wù)控制塊，所以，在中斷服務(wù)程序中不能使用可導(dǎo)致阻塞的函數(shù)，如printf(…)、semTake(…)等。中斷服務(wù)程序中可以使用semGive(…)與其他的非中斷服務(wù)程序進(jìn)行通信。理想的情況，一個(gè)中斷服務(wù)程序僅調(diào)用一個(gè)semGive(…)系統(tǒng)調(diào)用，也就是說(shuō)，中斷服務(wù)程序的主要功能應(yīng)該是發(fā)起一個(gè)任務(wù)來(lái)完成必要的處理。為提高中斷服務(wù)程序與任務(wù)的合作性能，最好的機(jī)制是信號(hào)量。
3 END網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)
經(jīng)過(guò)上述論述，本章通過(guò)END網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)的實(shí)例具體說(shuō)明設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。
1)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)備安裝函數(shù) 在BSP中對(duì)confidh，configNeth文件進(jìn)行修改。首先在configh中增加#define INCLUDE_END，其次在configNeth文件中endTb1中添加一行：
其中每行的第1項(xiàng)是設(shè)備的單元號(hào)；第2項(xiàng)是驅(qū)動(dòng)程序的endLoad()入口點(diǎn)；第3項(xiàng)是要傳給該入口點(diǎn)的字符串，該字符串通常表示內(nèi)存地址、I／O地址和中斷號(hào)等參數(shù)；第4項(xiàng)表示是否支持緩沖區(qū)借出；第5項(xiàng)表示BSP私有數(shù)據(jù)；第6項(xiàng)是執(zhí)行標(biāo)志，為FALSE表示該入口點(diǎn)還未被執(zhí)行，在系統(tǒng)成功裝載一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序后，該值被改為True。設(shè)置該值為True是為了防止系統(tǒng)自動(dòng)裝載該驅(qū)動(dòng)。做完上述工作后，驅(qū)動(dòng)程序就可以添加到VxWorks中。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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