實時嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks設備驅動程序的設計
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2 VxWorks設備驅動程序的設計
為了實現(xiàn)應用程序的可移植性，將應用程序從直接操作硬件設備中解放出來，VxWorks操作系統(tǒng)為應用程序操作硬件設備提供一個一致的接口。這個接口就是由操作系統(tǒng)的I／O系統(tǒng)提供的。I／O系統(tǒng)將應用程序的I／O請求傳遞給設備專用的I／O函數(shù)。這些設備專用的I／0函數(shù)就是由設備驅動程序提供的。本章從功能、接口與結構3個角度闡述設備驅動程序的設計。
2．1 設備驅動程序的功能
1)對設備進行初始化 初始化的目的是使設備處于某種工作狀態(tài)，以便用戶程序訪問該設備。
2)打開設備操作 打開設備操作實際上是查詢用戶指定的設備，并查看用戶是否可以使用該設備。因為設備是共享資源，當設備正在被使用時，系統(tǒng)要對它進行保護，禁止其他任務對設備進行操作，直到設備資源被釋放。
3)關閉設備操作 關閉設備操作就是釋放設備資源。任務對設備完成操作后，必須進行關閉設備操作，否則設備總是處于被占用狀態(tài)，其他任務無法使用。與打開設備操作相對應，有打開操作就應該有關閉操作。
4)從設備上接收數(shù)據(jù)并提交給系統(tǒng) 這項功能通常就是所說的讀操作，接收外部傳輸來的數(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)從主機上發(fā)送給設備 這項功能對應通常的寫操作，把主機上的數(shù)據(jù)傳送給外界。通常系統(tǒng)主動調用該操作進行數(shù)據(jù)發(fā)送，有時也采取中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù)。
6)對設備進行控制操作 在使用設備過程中，有時根據(jù)應用的需要對設備進行控制(例如改變設備某個狀態(tài))，而控制操作就能提供這種功能。
2．2 設備驅動程序的接口
VxWorks通用設備驅動程序基本都是通過I／O系統(tǒng)來存取的，這樣做的好處是可以屏蔽底層硬件，對上層應用程序提供統(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，它提供標準的C庫函數(shù)，基本I／O庫與Unix兼容，而含buffer的I／O則與ANSI C兼容。VxWorks的I／O系統(tǒng)有其獨特的特性，使得它比其他I／O系統(tǒng)更快速、靈活，這在實時系統(tǒng)中非常重要。還有一些特殊的通用IO設備驅動程序如串行通用IO設備驅動程序由于其自身的特性，雖然不是通過標準I／O來進行存取的，但是也都有它們各自相關的規(guī)范。下面只介紹通過I／O系統(tǒng)存取的通用IO設備驅動程序。
VxWorks作為實時操作系統(tǒng)為了能夠更快、更靈活地進行I／O操作，提供了若干庫來支持標準的字符設備和塊設備。一個字符設備的驅動程序和I／O系統(tǒng)直接作用，調用驅動程序安裝函數(shù)iosDrvInstall()在VxWorks中安裝驅動程序。它執(zhí)行7個基本的I／O操作：create，rem-ove，open，close，read，write和ioctl。如果設備不支持某些I／O操作，則相應的程序可以被省略。iosDrvInstall()只是為驅動程序在驅動程序表中分配了一個位置，要運行驅動程序還需要調用設備安裝函數(shù)iosDevAdd()。iosDevAdd()把設備名和驅動程序號寫到數(shù)據(jù)結構DEV_ HDR中，并把它加到系統(tǒng)的設備列表中。
一個塊設備的驅動掛在文件系統(tǒng)上比直接掛在I／O系統(tǒng)上使用起來更方便。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。塊設備驅動程序不使用iosDrvlnstall()來安裝驅動程序，而是通過初始化塊設備描述結構BLK_DEV或順序設備描述結構SEQ_DEV來實現(xiàn)驅動程序提供給文件系統(tǒng)的功能。類似的，塊設備驅動程序不使用iosDevAdd()來將驅動程序裝入I／O系統(tǒng)，而是使用文件系統(tǒng)設備初始化函數(shù)，如dos-FsDevInit()來完成。實際上，文件系統(tǒng)把自己作為一個驅動程序裝到I／O系統(tǒng)中，并把請求轉發(fā)給實際的設備驅動程序。
2．3 設備驅動程序的組成
設備驅動程序包括3部分：初始化部分、函數(shù)功能部分和中斷服務程序ISR。
1)初始化部分初始化硬件，分配設備所需的資源，完成所有與系統(tǒng)相關的設置。如果是字符設備，首先調用iosDrvInstall()來安裝驅動程序，把中斷向量和ISR掛上，然后調用iosDevAdd()將驅動程序加入I／O系統(tǒng)中；如果是塊設備，首先把中斷向量和ISR掛上，在內存中分配一個設備結構，然后初始化該結構。用戶要使用該設備時，先調用設備初始化函數(shù)xxlnit()，再調用設備創(chuàng)建函數(shù)xxDevCreate()，返回一個BLK_DEV結構的指針，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。對于字符設備，這些函數(shù)就是指定的7個標準的I／O函數(shù)；對于塊設備，則是在BLK_DEV或SEQ_DEV結構中指定的功能函數(shù)。
3)中斷服務程序是實時系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)通過中斷機制來了解外部事件，并作出響應。實時系統(tǒng)的反應速度取決于系統(tǒng)對中斷的響應速度和中斷處理程序的處理速度。因此，中斷服務程序的處理時間應盡量短。所有的中斷服務程序共享一個堆棧，沒有任務控制塊，所以，在中斷服務程序中不能使用可導致阻塞的函數(shù)，如printf(…)、semTake(…)等。中斷服務程序中可以使用semGive(…)與其他的非中斷服務程序進行通信。理想的情況，一個中斷服務程序僅調用一個semGive(…)系統(tǒng)調用，也就是說，中斷服務程序的主要功能應該是發(fā)起一個任務來完成必要的處理。為提高中斷服務程序與任務的合作性能，最好的機制是信號量。
3 END網(wǎng)口驅動開發(fā)
經(jīng)過上述論述，本章通過END網(wǎng)口驅動的實例具體說明設備驅動程序的開發(fā)過程。
1)驅動程序的設備安裝函數(shù) 在BSP中對confidh，configNeth文件進行修改。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項是設備的單元號；第2項是驅動程序的endLoad()入口點；第3項是要傳給該入口點的字符串，該字符串通常表示內存地址、I／O地址和中斷號等參數(shù)；第4項表示是否支持緩沖區(qū)借出；第5項表示BSP私有數(shù)據(jù)；第6項是執(zhí)行標志，為FALSE表示該入口點還未被執(zhí)行，在系統(tǒng)成功裝載一個驅動程序后，該值被改為True。設置該值為True是為了防止系統(tǒng)自動裝載該驅動。做完上述工作后，驅動程序就可以添加到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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