VxWorks操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)ComPactPCI總線驅(qū)動(dòng)

　　1 引言

　　VxWorks是美國Wind River公司專門為嵌入式處理器設(shè)計(jì)的一種模塊化、高性能的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。這里提出一種VxWorks操作系統(tǒng)下CompactPCI總線驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)使用德國Kontron DT-64，采用Dual PentiLim 3 CPU，工作頻率高達(dá)866 MHz，具有128 KB一級(jí)高速緩存和128 KB二級(jí)高速緩存。

　　2 BSP與VxWorks的關(guān)系

　　板級(jí)支持包BSP(board support packet)通常是針對(duì)具體的硬件平臺(tái)，是用戶所編寫的啟動(dòng)代碼和部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的集合。在VxWorks操作系統(tǒng)中，BSP是介于底層硬件環(huán)境和 VxWorks之間的一個(gè)軟件接口，它的主要功能是系統(tǒng)加電后初始化目標(biāo)機(jī)硬件、初始化操作系統(tǒng)及提供部分硬件的驅(qū)動(dòng)程序。BSP與VxWorks之間的關(guān)系如圖1所示。從圖1發(fā)現(xiàn)，BSP不是一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。它只能運(yùn)行于指定設(shè)備的硬件環(huán)境中，對(duì)其進(jìn)行控制和初始化。這里主要闡述在PCM發(fā)送，接收模塊的設(shè)計(jì)過程中，如何利用DT-64 BSP來實(shí)現(xiàn)PCI總線的驅(qū)動(dòng)程序。

　　3 總線及接口技術(shù)

　　由于CompactPCI規(guī)范定義基于PCI總線方式的復(fù)印加堅(jiān)固而耐用的PCI版本，并且適用于工業(yè)和嵌入式應(yīng)用，本設(shè)計(jì)采用此規(guī)范。 CompactPCI總線是3種技術(shù)的集成：通用PCI局部總線(Local Bus)的高性能，安裝牢固的歐卡結(jié)構(gòu)，接觸可靠的針孔連接器(pin-antl-soeket connector)。

　　PCI局部總線是一種地址和數(shù)據(jù)復(fù)用的高性能32，64位總線，它在高度集成的外圍控制器件、外圍插件板和處理器/存儲(chǔ)器之間起連接作用。 PCI總線為CPU和板上外設(shè)提供了方便的高速通信連接，工作頻率為66 MHz或更高。PCI作為一種同步的、獨(dú)立于處理器的32 bit或64 bit局部總線，在工作頻率為33 MHz總線寬度為32 bit最低規(guī)格時(shí)其峰值吞吐速率可達(dá)到132 MB/s，適用于網(wǎng)絡(luò)適配器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、視頻卡、圖形卡等各類高速外設(shè)。連接到PCI總線上的設(shè)備分為主控和目標(biāo)兩類，PCI支持多主系統(tǒng)。PCI總線的一個(gè)重要特點(diǎn)是存在配置空間，它提供一種配置關(guān)聯(lián)，適合于目前或?qū)淼南到y(tǒng)配置機(jī)制，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)配置。系統(tǒng)軟件通過讀取配置空間中相應(yīng)參數(shù)，即可確定 PCI總線上掛接了什么設(shè)備以及需要哪些資源，通過對(duì)地址空間的重定位分配資源避免競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)PCI設(shè)備的即插即用。

　　連接到PCI總線的用戶功能板卡需要使用PCI總線接口控制器和PCI總線進(jìn)行交互，在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用OL5064器件。QL5064是一款32 bit/33 MHz的通用PCI總線控制器，符合PCI規(guī)范2.2版，本突發(fā)傳輸速率達(dá)到132 MB/s?？勺鳛镻CI總線的主控設(shè)備控制總線，也可作為目標(biāo)設(shè)備響應(yīng)總線。Ql5064提供了PCI總線、E2ROM、LOCAL總線3個(gè)接口。 LOCAL總線支持復(fù)用/非復(fù)用的32 bit地址/數(shù)據(jù)，有3種工作模式：M、C和J。在系統(tǒng)實(shí)際數(shù)據(jù)采集時(shí)，將LOCAl總線設(shè)置為C模式，這是一種目標(biāo)設(shè)備模式。選用NM93CS56L型串行E2PROM作為QL5064的配置器件，該器件通過E2ROM接口和QL5064相連。QL5064的長配置方式要求68個(gè)字節(jié)的信息，主要包括：設(shè)備識(shí)別號(hào)、供應(yīng)商代碼號(hào)、LO-CAL總線3個(gè)空間的性質(zhì)、范圍以及基址等，這些配置信息內(nèi)容一般要預(yù)先設(shè)計(jì)并用編程器事先寫入配置器件中。在計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)配置信息分配器件所申請(qǐng)的資源。Q155064作為一種橋接器件，在PCI總線和LOCAL總線之間有3種主要數(shù)據(jù)傳輸模式：

　　(1)PCI Initiator數(shù)據(jù)傳輸模式 主控模式，LOCAL總線主設(shè)備通過QL5064訪問PCI總線存儲(chǔ)空間和I/O空間;

　　(2)PCI Target數(shù)據(jù)傳輸模式PCI總線主設(shè)備通過QL5064訪問LOCAL總線存儲(chǔ)空問和I/O空間;

　　(3)DMA數(shù)據(jù)傳輸模式QL5064作為兩總線的主設(shè)備，從PCI總線存儲(chǔ)空間讀數(shù)據(jù)到LOCAL總線存儲(chǔ)空間或者從LOCAL總線存儲(chǔ)空間讀數(shù)據(jù)到PCI總線存儲(chǔ)空間。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用PCI Target數(shù)據(jù)傳輸模式讀寫控制模塊中的寄存器。

　　4 設(shè)備的配置技術(shù)

　　VxWorks是專門為實(shí)時(shí)嵌人式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的操作系統(tǒng)軟件，提供高效的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、中斷管理、實(shí)時(shí)的系統(tǒng)資源分配以及實(shí)時(shí)的任務(wù)間通信。程序員可將主要精力放在應(yīng)用程序本身，而不用關(guān)心對(duì)系統(tǒng)資源的管理。

　　為闡明在VxWorks操作系統(tǒng)下如何實(shí)現(xiàn)CompaetPCI總線設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，需了解PCI設(shè)備的配置寄存器空間。PCI設(shè)備有3種物理存儲(chǔ)空間：配置寄存器空間、存儲(chǔ)器空間和I/O空間。PCI局部總線設(shè)備中配置寄存器空間是一容量為256 KB并具有特定記錄結(jié)構(gòu)的地址空間，該空間分為頭標(biāo)區(qū)和設(shè)備有關(guān)區(qū)兩部分，空間頭標(biāo)區(qū)的定義如圖2所示。

　　在配置空間中，只讀空間有設(shè)備標(biāo)識(shí)、供應(yīng)商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標(biāo)類型。其中供應(yīng)商代碼用來標(biāo)識(shí)設(shè)備供應(yīng)商;設(shè)備標(biāo)識(shí)用來標(biāo)識(shí)某一特殊的設(shè)備;修改版本標(biāo)識(shí)設(shè)備的版本號(hào);分類代碼用來標(biāo)識(shí)設(shè)備的種類;而頭標(biāo)類型用來標(biāo)識(shí)頭類型以及是否為多功能設(shè)備。除供應(yīng)商代碼之外，其他字段的值由供應(yīng)商分配。

　　PCI設(shè)備可以在地址空間中重定位是其重要功能之一，使得系統(tǒng)可合理地分配資源，甚至完全相同的兩塊PCI卡也能夠在同一總線內(nèi)工作而不會(huì)產(chǎn)生地址沖突。基地址寄存器的功能是分配PCI設(shè)備的系統(tǒng)地址空間，在基地址寄存器中，位0(最低位)均為只讀位并且用來標(biāo)識(shí)是存儲(chǔ)器空間還是I/O地址空間。如果該位為0，表示映射到存儲(chǔ)器空間。映射到I/O空間的基址寄存器寬度總是32 bit，其中位0值為1 (用硬件實(shí)現(xiàn))，位1為保留位并且其讀出值必須為0，其余各位用來把設(shè)備映射到I/O空間。映射到存儲(chǔ)器空間的基址寄存器可以是32 bit寬度，也可以是64 bit寬度。其中位0也要用硬件方式使其恒為0。位2和位1兩位用來表示映射類型，其余各位用來將設(shè)備映射到存儲(chǔ)器空間。

　　系統(tǒng)配置軟件通過向基址寄存器寫入全“1”后再讀回的方式確定設(shè)備要求的地址空間范圍，與地址空間無關(guān)的位其返回值為0。

　　在VxWorks操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)CompactPCI總線設(shè)備的驅(qū)動(dòng)過程主要包括下面步驟：

　　(1)查找CompaetPCI設(shè)備在VxWorks操作系統(tǒng)中通過函數(shù)peiFindDeviee()來實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)可根據(jù)給定的設(shè)備標(biāo)識(shí)和供應(yīng)商代碼找到相應(yīng)的設(shè)備。并返回總線號(hào)、設(shè)備號(hào)以及功能號(hào)。函數(shù)的定義如下：

　　)

　　(2)配置CompactPCI設(shè)備 通過操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)訪問CompactPCI設(shè)備的配置空間，配置CompactPCI設(shè)備基址寄存器、中斷、ROM基地址寄存器等，可得到 Compact-PCI的仔儲(chǔ)器空間和I/O地址空間映射、設(shè)備的中斷號(hào)等。在VxWorks操作系統(tǒng)中訪問CompactPCI設(shè)備配置空間的函數(shù)有 pciConfigInLong()、pciConfigOutLong()等，它們分別完成對(duì)CompactPCI設(shè)備配置空間的讀寫操作。這一系列操作也稱為PCI設(shè)備枚舉。然后，根據(jù)CompactPCI設(shè)備的配置參數(shù)，對(duì)不同的設(shè)備編寫初始化程序、中斷服務(wù)程序以及對(duì)PCI設(shè)備存儲(chǔ)空間的訪問程序。