VxWorks串口驅動的研究與實現(xiàn)

摘要： 本文以基于ARM7TDMI內(nèi)核的S3C44B0X芯片的串口驅動為例，分析了 VxWorks串口驅動的層次和機理，研究了tty驅動和底層SCC驅動的工作原理。結合S3C44B0X芯片的串口驅動程序，給出了VxWorks串口驅動程序設計方法和注意事項。

關鍵詞： VxWorks；串口驅動；tty設備

引言

VxWorks的程序開發(fā)者經(jīng)常需要解決串口驅動問題，這是BSP和上層應用程序開發(fā)必不可少的基本步驟，特別是對于板級支持包(BSP)和上層應用程序的開發(fā)，掌握串口驅動的原理和開發(fā)串口驅動程序就顯得尤為重要。VxWorks串口通信由串行通信控制器SCC(Serial Communication Controller)控制，和標準I/O庫通信的是tty驅動，再由tty驅動和底層SCC驅動通信。本文研究VxWorks串口驅動特性，并以S3C44B0X為例，給出開發(fā)VxWorks串口驅動的步驟和實現(xiàn)方法。

串口設備層次與tty驅動

串口的層次

VxWorks串行設備的層次采用了3層抽象的軟件結構：標準I/O庫(ioLib)－>tty庫(ttyDrv/tyLib)—>底層SCC驅動(xxDrv)，如圖1所示。從圖中可看出串行設備的驅動xxDrv并不是直接和I/O system交互的，中間存在一個ttyDrv(包括tyLib)。實際上，內(nèi)核啟動時在驅動程序表中安裝的不是xxDrv的函數(shù)，而是ttyDrv/tyLib提供的函數(shù)。串口tty驅動(ttyDrv/tyLib)使I/O系統(tǒng)獨立于具體SCC驅動，保證了代碼可復用和統(tǒng)一界面。SCC驅動(xxDrv/yyDrv)處理和底層硬件有關的部分。因此，在編寫串口驅動時需要了解串口tty驅動的原理以及串口輸入輸出過程。在此基礎上，根據(jù)VxWorks的程序執(zhí)行流程和具體的MCU芯片的特點，修改底層SCC驅動代碼。

圖1 VxWorks串口軟件結構

串口tty驅動

創(chuàng)建tty設備包括驅動程序初始化和創(chuàng)建設備兩步，這兩步都在usrRoot()中完成。創(chuàng)建完tty設備后，用戶可以調用ioLib中的write()、read()函數(shù)對串口進行讀、寫操作。

*驅動程序初始化
初始化ttyDrv()函數(shù)是一個虛擬的驅動，既管理著和I/O的交互，又管理著和底層硬件驅動的交互。它調用iosDrvInstall( )將ttyDrv和tyLib中的函數(shù)安裝到系統(tǒng)的驅動程序表中。ttyDrv負責著ttyOpen、ttyIoctl的接入，而tyLib負責著tyRead、tyWrite的接入。

*創(chuàng)建設備
創(chuàng)建設備函數(shù)ttyDevCreate()主要分配并初始化設備描述結構，調用tyDevInit( )進行tyLib庫初始化，初始化selectLib()，創(chuàng)建輸入輸出環(huán)形緩沖，創(chuàng)建信號量，調用iosDevAdd()加設備到設備列表，以中斷方式啟動串口通道。它還進行的另一個重要操作是安裝了tyLib設備提供的輸入輸出回調函數(shù)tyITx()和tyIRd()，以便給底層SCC驅動負責調用。

*tty輸入輸出
當tty設備創(chuàng)建后，用open()打開相應的串口，open函數(shù)返回的文件句柄就是設備的標識fd，依據(jù)串口打開時的讀、寫標志，可以對串口進行讀、寫操作。用戶程序的基本I/O讀寫請求由tyLib的tyWrite( )和tyRead( )實現(xiàn)，這兩個函數(shù)在ttyDrv( )初始化tty時安裝到驅動程序表中，如圖2所示。

圖2 VxWorks輸入輸出

底層SCC驅動—S3C44B0X串口驅動的實現(xiàn)

VxWorks串口驅動的編寫主要集中在target/config/bsname/目錄下的sysLib.c、sysSerial.c、s3c44b0xsio.c、config.h，target/config/all等文件。編寫串口驅動主要需要做以下幾個方面的工作。

設備初始化

確定系統(tǒng)要支持的串行通道的個數(shù)，初始化數(shù)據(jù)結構XX_CHAN，編寫SCC初始化代碼(對處理器串行I/O端口的初始化，RESET串口控制器)。

(1) 定義系統(tǒng)中串口驅動相關的參數(shù)：具體在config.h 中定義。
#define INCLUDE_TTY_DEV                          /* 定義tty設備*/
#define INCLUDE_SERIAL                            /* 定義串口*/
#define NUM_TTY                 N_SIO_CHANNELS   /*定義串口通道數(shù)*/
#define CONSOLE_TTY            0              /*作為控制臺的通道為COM0*/
#define CONSOLE_BAUD_RATE    115200            /*設定控制臺串口波特率*/
如果系統(tǒng)還定義串口為WDB連接下載通道，還要進行如下的相關配置：
#define WDB_COMM_TYPE         WDB_COMM_SERIAL /* WDB為串口模式 */
#define WDB_TTY_CHANNEL       1               /*WDB下載通道COM1  */
#define WDB_TTY_BAUD          115200         /* WDB連接通道的串口波特率*/
#define WDB_TTY_DEV_NAME     "/tyCo/1"    /*定義WBD通道在tty中的設備名*/

(2) 初始化數(shù)據(jù)結構：編寫串行設備根據(jù)具體的串行設備定義自己的設備描述符xx_ DEV 結構。對于串行設備具體的成員主要是一個S3C44B0_CHAN結構, 表示設備的通道。

(3)SCC初始化代碼：SCC驅動分兩步如圖3所示，描述了VxWorks中有關串口初始化的順序，其中ttyDrv( )及ttyDevCreate( )涉及的I/O系統(tǒng)提供的一般化代碼，不需要修改。用戶需要修改的是涉及S3C44B0X芯片的串口數(shù)據(jù)結構devParas[ ], 設置USART發(fā)送接收的中斷號、向量號、寄存器基地址等。

圖3 VxWorks串口初始化過程

系統(tǒng)在內(nèi)核啟動之前，在usrInit( )中進行第一步初始化后，串口SCC被復位，禁止中斷，串口能通過查詢方式訪問，實現(xiàn)系統(tǒng)級調試如下。

sysHwInit()：處理器I/O端口的初始化，在sysHwInit ()函數(shù)中調用portInit()函數(shù)設置相應的串行I/O端口;需要注意的是對S3C44B0X芯片而言partB和partF都有一位對UART2的設置選項，只能選其一設成選擇UART2端，否則將無法用WDB下載VxWorks映像。

s3c44b0DevInit()：初始化串口功能指針pChan->sio.pDrvFuncs = &s3c44b0SioDrvFuncs；再對串口芯片的ULCON、UFCON、UMCON進行設定采用8位數(shù)據(jù)、禁止FIFO和AFC；調用s3c44b0Ioctl()選擇串口通訊模式為輪詢方式，并初始化波特率。系統(tǒng)激活內(nèi)核之后，在根任務usrRoot( )中進行第二步初始化，使串口可以以中斷方式實現(xiàn)對tty庫的底層支持。

sysHwInit2()：調用intLibInit初始化intVecTable; s3c44b0DevInit( )初始化中斷驅動,調用intConnect()將sysClkInt()、sysAuxClkInt()的入口地址寫入intVecTable, sysSerialHwInit2()函數(shù)連接串口中斷。

sysSerialHwInit2()：通過intConnect()把串口的中斷處理程序s3c44b0xIntTx、s3c44b0xIntRcv連接到相應的中斷向量；由intEnable()開啟兩個中斷；調用s3c44b0xDevInit2()對_UCON寄存器賦值完成對串口的最終配置由輪詢模式轉換為中斷模式。

編寫設備中斷服務程序(ISR)

串口中斷處理是當有數(shù)據(jù)發(fā)送、接收時，硬件產(chǎn)生中斷，然后執(zhí)行相應的中斷服務程序進行處理，這樣CPU不必像輪詢方式那樣花費大量的時間查詢外部設備的工作狀態(tài)，有效的提高CPU的使用效率并使系統(tǒng)具有較高的實時性能。這里主要編寫與中斷處理相關的數(shù)據(jù)輸入輸出部分中斷處理的驅動程序。發(fā)送數(shù)據(jù)部分的驅動是一個啟動發(fā)送的函數(shù)s3c44b0xTxStartup()和一個發(fā)送輸出中斷的ISRs3c44b0xTxInt()。

① s3c44b0xTxStrartup()當用戶要向設備寫數(shù)據(jù)時, 就調用了tyWrite。tyWrite將數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)輸出環(huán)后, 調用s3c44b0xTxStrartup()啟動設備的數(shù)據(jù)發(fā)送。這里只需向串口緩沖區(qū)寫入一個字節(jié)，然后開啟發(fā)送中斷；后續(xù)字節(jié)又發(fā)送中斷處理程序來處理。

② s3c44b0xTxInt()在中斷模式下，當設備輸出完畢后, 設備就會產(chǎn)生一個中斷表示可以接收下一個字符, 這時調用中斷處理程序s3c44b0xTxInt()來完成剩下的數(shù)據(jù)發(fā)送工作。

接收數(shù)據(jù)部分的驅動與輸出驅動類似由一個s3c44b0xRxInt()組成。該中斷處理函數(shù)在收到數(shù)據(jù)時，向寄存器的數(shù)據(jù)通過回調函數(shù)寫入驅動程序的環(huán)形緩沖區(qū)中。通過上述的工作就可以完成對VxWorks串口驅動程序的編寫。

結語

對于VxWorks串口驅動開發(fā)而言，應當注意以下問題：掌握VxWorks的啟動流程和I/O系統(tǒng)層次與組織結構；要對硬件環(huán)境的物理地址、寄存器地址及其含義清楚；理解串口設備的軟硬件工作原理。在串口調試過程中的主要問題一般集中在起始時I/O端口進行初始化是否正確，對串口設備寄存器的值設置是否符合軟件要求、能否正常使硬件工作，連接ISR程序以及中斷優(yōu)先級的設置和中段處理函數(shù)的編寫。

參考文獻：

1. Wind River Inc.Tornado BSP Developer's Kit for VxWorks User's Guide［P］.Tornado 2.0.Edition 1.1999
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4. 陳智育. VxWorks程序程序開發(fā)實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2004.5