VxWorks實時操作系統(tǒng)下MPC8260ATM驅動的實現(xiàn)

摘    要：本文介紹了PowerPC MPC8260工作在ATM模式的原理，給出了在VxWorks實時操作系統(tǒng)下的END模式的ATM驅動程序設計及實現(xiàn)，實驗證實該驅動通過Mux層在IP層與鏈路層之間建立了數(shù)據(jù)傳輸通道。
關鍵詞：MPC8260；ATM；END；Mux層；VxWorks實時操作系統(tǒng)
PowerPC MPC8260的
FCC工作在ATM模式的原理
MPC8260 PowerQUICCⅡ是飛思卡爾PowerPC系列CPU芯片主導產品,它的通信處理機模塊(CPM)同時支持三個快速串行通信控制器(FCC)，F(xiàn)CC支持同步高速率協(xié)議HDLC、Ethernet和ATM。FCC控制器工作在ATM模式時，通過UTOPIA接口與物理層連接，原理圖如圖1所示。
在設備接收數(shù)據(jù)時，對接收到的信元(cell，53字節(jié))進行地址映射，把VPI/VCI映射為邏輯通道號，對應有緩沖描述符及緩沖內容。發(fā)送數(shù)據(jù)時，把帶有數(shù)據(jù)緩沖信息的通道號通過ATM步長控制器調度，再由FCC發(fā)送到物理層設備，轉換為光信號后通過光口發(fā)送出去。

VxWorks實時操作系統(tǒng)下
END程序框架設計
VxWorks是WindRiver 公司開發(fā)的高性能實時操作系統(tǒng)，其網(wǎng)絡結構與OSI參考模型相比是在IP 層和鏈路層之間有一Mux層，屏蔽了網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路的直接交互，通過END(增強型網(wǎng)絡驅動：Enhanced Network Drivers) 實現(xiàn)IP 層與鏈路層之間的數(shù)據(jù)交互。END向上通過Mux 層與IP 層相連，向下與鏈路層直接相連，從而在IP 層與鏈路層之間建立一個數(shù)據(jù)傳輸通道。
END驅動程序的核心數(shù)據(jù)結構是END對象，即END_OBJ，在end.h中定義。驅動程序的裝載函數(shù)返回一個指向數(shù)據(jù)結構END_OBJ的指針。這個數(shù)據(jù)結構為MUX提供了描述驅動程序的信息和指向數(shù)據(jù)結構NET_FUNCS的指針，而NET_FUNCS填充的是有關END驅動程序的標準進入配給函數(shù)。
END驅動程序輸出到MUX的進入配給函數(shù)，即數(shù)據(jù)結構NET_FUNCS中用以輸出到MUX接口的標準進入配給函數(shù)如表1所示。

ATM驅動程序的實現(xiàn)
驅動程序中重要的數(shù)據(jù)結構
DRV_CTRL
DRV_CTRL是定義的ATM設備控制結構，包括了MPC8260的FCC基地址、驅動的單元號、中斷號、存儲管理相關等信息。在驅動程序中，此結構是初始化、發(fā)送、接收、中斷處理等主要函數(shù)的入口參數(shù)。
需要指出的是，此結構與以太網(wǎng)控制器中為其驅動定義的控制結構類似，不同之處在于以太網(wǎng)控制器是為一個FCC定義一個BD(緩沖描述符)鏈表；ATM要求每個通道都有一些特定參數(shù)并要求每個通道有一個BD鏈表。因此，需要定義連接控制結構來管理這些與通道相關的參數(shù)。
AtmConnectionData
連接控制結構是ATM建立鏈路時用到的最重要的數(shù)據(jù)結構，規(guī)定了鏈路的邏輯地址、信元速率等信元傳輸時用到的重要參數(shù)以及發(fā)送、接收數(shù)據(jù)幀時用到的BD表。在本驅動中，對每個通道建立了一個BD表，并采用了循環(huán)鏈表結構，提高了緩沖的利用效率。在建鏈前必須對該結構進行分配，并初始化。
驅動程序的實現(xiàn)
本END驅動主要是實現(xiàn)IP層與ATM層之間的數(shù)據(jù)交互，ATM網(wǎng)絡是面向連接的，對于IPOA(IP over ATM)來說，TCP/IP只是將其作為像以太網(wǎng)一樣的另一種物理網(wǎng)絡來看待，因而，本驅動的設計可參考以太網(wǎng)驅動的設計思想。按照以上END的程序設計框架編制END所用到的全部基本函數(shù)，因這里的END 與地址處理無關，故endMCastAddrDel()、endMCastAddrGet()、endMCastAddrAdd()、endAddressForm()和endAddressGet()這幾個函數(shù)可直接返回一個值即可。驅動程序大體分為四部分 :控制器的初始化、中斷處理和內存管理、數(shù)據(jù)幀的接收和數(shù)據(jù)幀的發(fā)送 。
控制器的初始化
初始化包括兩部分 ,一是配置：首先，在 config. h中定義 INCLUDE_ END，以保證在編譯時加入 MUX接口 ；其次，在 configNet. h中定義指向本設備載入函數(shù)的宏 ,并定義初始化時要用到的字符串 ,定義增強型設備的列表結構體以保證正確登錄本設備 。二是對本控制器設備加載，必須初始化一個 END_ OBJ結構體,載入函數(shù)首先要分配并初始化此結構體 ,以方便 MUX接口使用其中的工具管理堆棧及調用各接口函數(shù)。本控制器設備的初始化流程如下 :首先通過函數(shù)muxDevLoad()調用motFccEndLoad()實現(xiàn)對ATM驅動的加載，當成功加載后，接著用函數(shù)muxDevStart()調用motFccStart ()實現(xiàn)對驅動的啟動，成功啟動后，再接著用函數(shù)muxIoCtl()調用motFccIoCtl()實現(xiàn)對END網(wǎng)絡接口控制，成功后用IpAttach函數(shù)將END 與IP 層相連。如果以上的步驟都能成功完成，在Shell 下輸入muxShow 命令，將看到加載起的END(Device：motFccAtm，Unit：0)。
中斷處理程序和內存管理
中斷處理程序必須分為兩個部分，第一部分是響應中斷的函數(shù)，它需要被綁定到 BSP分配的中斷向量上，不能有耗時較大的操作 (如對堆棧的操作 ) ,這是由中斷的特點所決定的；第二部分是對數(shù)據(jù)幀的處理，這個函數(shù)可以用系統(tǒng)函數(shù)netJobAdd( )在響應中斷的函數(shù)中向網(wǎng)絡工作隊列添加新的工作 ,這將喚醒網(wǎng)絡處理任務去調用相應的數(shù)據(jù)幀處理函數(shù)(例如接收函數(shù) )處理數(shù)據(jù)幀。
對于內存的管理，VxWorks定義了三種統(tǒng)一的存儲結構：cluster(簇)、clBlk(簇模塊)和 mBlk(存儲模塊)。其中簇是存儲數(shù)據(jù)的最基本單元,長度靈活可變,在ATM控制器驅動程序中一般使用同樣長度的簇,即最大的數(shù)據(jù)幀長9180字節(jié)。數(shù)據(jù)在協(xié)議棧內各層之間的傳送過程中只需要傳送數(shù)據(jù)幀的指針，這樣，方便程序員設計數(shù)據(jù)的存儲結構 ,并減少了在各層次之間數(shù)據(jù)的拷貝，節(jié)省了時間，提高了效率。VxWorks還給出了幾個標準的系統(tǒng)函數(shù)統(tǒng)一管理內存的占用和釋放，程序員可以很方便地調用這些系統(tǒng)函數(shù)創(chuàng)建這三級結構來接收數(shù)據(jù)幀，并在完成數(shù)據(jù)幀接收時調用相應系統(tǒng)函數(shù)釋放內存。驅動程序中的內存管理函數(shù)是motFccInitMem()和motFccBdFree()，參數(shù)都為DRV_CTRL類型指針。motFccInit Mem()完成對存儲池的初始化；motFccBdFree()由motFccStop()調用，釋放與接收緩沖描述符鏈表相連的簇，以便在設備停止時徹底地釋放資源。
數(shù)據(jù)幀的接收
一般情況下，數(shù)據(jù)幀的接收是用中斷方式實現(xiàn)的 。當一個數(shù)據(jù)幀到來時觸發(fā)一個中斷，中斷響應程序會向任務隊列添加一個網(wǎng)絡任務，這個任務將調用接收函數(shù)處理數(shù)據(jù)幀 。
接收函數(shù)負責將正確的數(shù)據(jù)幀放到利用系統(tǒng)函數(shù)取出的緩存中，然后將緩存交給 MUX接口的接收函數(shù)muxReceive( )，最后釋放掉占用的緩存。循環(huán)以上過程直到將收到的數(shù)據(jù)全部處理完。
從數(shù)據(jù)幀經過的網(wǎng)絡層次順序看，數(shù)據(jù)幀先經過物理層到達數(shù)據(jù)鏈路層，在驅動中通過MUX接口調用函數(shù)motFccRecv()，在該函數(shù)中完成對鏈路層收到的ATM信元進行ATM適配層的處理(在本驅動中進行AAL5適配)并組裝成IP 包，送到網(wǎng)絡層 ,再經過 TCP協(xié)議層到達應用層 ,這就是數(shù)據(jù)接收的全過程 。
數(shù)據(jù)幀的發(fā)送
發(fā)送數(shù)據(jù)幀常常使用兩種方式：輪詢方式和中斷方式。在本驅動中采用了輪詢方式，從數(shù)據(jù)幀經過的網(wǎng)絡層次順序看，基本上是接收數(shù)據(jù)幀的反過程。數(shù)據(jù)幀由應用層開始產生，經過 TCP協(xié)議層和網(wǎng)絡層的封裝，通過 MUX接口調用本驅動程序中的發(fā)送函數(shù)motFccSend()，將IP包進行ATM適配處理并拆分為ATM信元然后交給物理層發(fā)出 。

結語
按照以上的方法,本文設計出了基于VxWorks實時操作系統(tǒng)的MPC8260的ATM控制器(提供一個155Mbps光口)驅動，并完成了主要功能的測試。測試函數(shù)中指定要建立的通道數(shù)、通道速率、發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)、數(shù)據(jù)幀長度等參數(shù)，并讓這些數(shù)據(jù)幀在以太網(wǎng)口和ATM端口間打環(huán)。實驗數(shù)據(jù)顯示設備工作正常。
調試中有幾點注意事項：由于MPC8260為FCC提供的雙口RAM容量有限，分配通道及對通道的各參數(shù)初始化時要特別小心，以免越界。由于ATM協(xié)議的復雜性，此驅動的很多函數(shù)的具體實現(xiàn)以及測試中還有很多復雜的細節(jié)，限于篇幅，本文只給出一些概述性的描述，以期和大家分享嵌入式驅動開發(fā)的一點心得?！?/p>