基于VxBus的设备驱动开发

VxBus是风河公司新的设备驱动程序架构，是VxWorks新增的特性，它是在VxWorks6.2及以后版本被增加到VxWorks中的。本文结合基于PCI2040数据采集卡驱动的开发过程，分析了VxBus架构下驱动的设计实现。

VxBus简介

VxBus是指在VxWorks中用于支持设备驱动的特有的架构，这种架构包含对minimal BSP的支持。它包括以下功能:

允许设备驱动匹配对应设备;
提供驱动程序访问硬件的机制;
软件其他部分访问设备功能;
在VxWorks系统中，实现设备驱动的模块化。

VxBus在总线控制器驱动程序服务的支持下，能在总线上发现设备，并执行一些初始化工作，使驱动与硬件设备之间正常的通讯。

VxWorks VxBus Demonstration

图1是VxBus 在整个系统中的位置示意图。从图1中可以看到，VxBus起到了辅助总线的作用，提供了对总线控制驱动的支持。

在VxWorks6.2版本发布前，设备驱动并不能被集成到VxWorks工程配置当中，为了添加或移出设备驱动，需要有丰富的BSP和驱动开发相关的知识。作为VxWorks系统组件的一部分，VxBus消除了上面遇到的一些难题，各种驱动和支持组件的添加与删除完全可以在Workbench工程中进行，不需要BSP和驱动相关的知识,也不会在添加或者删除驱动时增加管理VxWorks工程的额外工作。

vxBus下对设备管理做了更为详细的划分，简单说来，硬件称为device，软件叫做driver。如果一个device出现在硬件列表中，启动时需要到driver的队列中去找相应的driver，如果找到，二者结合成一个instance，否则在vxBusShow里可以看到一个orphan。使用vxBusShow可以比较清晰的看到driver列表和device列表以及orphan列表。

如果需要增加一个设备，首先要修改的是hcfDeviceList，这是hwconf.c中的一个数组，这个数组中列有本系统中所有需要初始化的硬件设备。例如：

　　HCF_DEVICE hcfDeviceList[] = {
　　#ifdef DRV_SIO_ns16550
　　{ "ns16550", 0, VXB_BUSID_PLB, 0, ns1655x1Num, ns1655x1Resources },
　　{ "ns16550", 1, VXB_BUSID_PLB, 0, ns1655x2Num, ns1655x2Resources },
　　#endif

第二个ns16550是新加的。在参数中指明了它的名字“ns16550”，初始化的时候根据这个名字去搜索驱动。它的unit是1，区别与前面的0，初始化结束以后，会在设备列表中看到这个unit number。ns1655x2Resources是前面定义的一组资源，跟ns1655x1Resources类似，只是regBase和irq按照实际情况做区分。ns1655x2Num是ns1655x2Resources的长度。

对于单核CPU，配置到这里就结束了。如果是多核，还需要修改一下sysDeviceFilter，这个函数决定一个设备在哪个核上初始化。如果还有hypervisor，还需要修改wrhvConfig.xml和vxworksX.xml，将特定的终端放开到指定的核。

硬件介绍

TI公司推出的PCI2040是一款用于实现PCI局部总线与DSP之间无缝链接的专用芯片。在VxWorks实时操作系统环境下实现主机与DSP的通讯，系统利用PCI2040实现TMS320VC5410与主机的通讯。TMS320VC5410的MCBSP0与TLC2548 连接，实现8路12位A/D数据的采集。TMS320VC5410将采集到的数据通过PCI2040传输到主机上，数据在主机上得到进一步的处理。硬件连接框图如图2所示。

VxWorks VxBus hardware connection

驱动开发

设备驱动初始化

设备的初始化，包含在BSP的初始化过程中，主要分三个阶段，如图3所示。

VxWorks VxBus device driver

内核预初始化阶段

在VxWorks内核预初始化早期，BSP的sysHwInit( )函数被执行[4]，在这个函数中，设备驱动初始化工作第一步被执行。sysHwInit( )函数执行一些早期的初始化，调用hardWareInterFaceInit( )函数，执行初始化硬件内存分配机制，限制为设备驱动分配内存，这个函数接着调用hardWareInterFaceBusInit( )，在hardWareInterFaceBusInit( )函数中完成所有设备驱动和模块的注册工作。PCI2040的注册函数是vxbPci2040Register()。vxbPci2040Register()通过数据结构，向系统注册一些设备初始化函数。其中涉及到三个数据结构：

　　LOCAL struct drvBusFuncs PciFuncs =
　　{
　　Pci2040InstInit,    /* devInstanceInit */
　　Pci2040InstInit2,    /* devInstanceInit2 */
　　Pci204InstConnect    /* devConnect */
　　}

在这个结构中，包含了初始化阶段要调用的函数。下面的初始化过程会用到这些函数。

　　LOCAL struct vxbDeviceMethod Pci2040Methods[] =
　　{
　　DEVMETHOD（ReadHPID,    PCI2040ReadHPID），
　　DEVMETHOD（WriteHPID,    PCI2040WriteHPID），
　　DEVMETHOD（ReadHPIA,    PCI2040ReadHPIA），
　　DEVMETHOD（WriteHPIA,    PCI2040WriteHPIA），
　　DEVMETHOD（ReadHPIC,    PCI2040ReadHPIC），
　　DEVMETHOD（WriteHPIC,    PCI2040WriteHPIC），
　　DEVMETHOD（ReadCSR,    PCI2040ReadCSR），
　　DEVMETHOD（WriteCSR,    PCI2040WriteCSR），
　　{ 0, 0 }
　　}

这个结构提供了应用软件操作硬件的一些函数及方法。

　　LOCAL struct vxbPciRegister Pci2040DevPciRegistration =
　　{
　　{
　　NULL,                        /* pNext */
　　VXB_DEVID_DEVICE,        /* devID */
　　VXB_BUSID_PCI,            /* busID = PCI */
　　VXB_VER_4_0_0,                /* vxbVersion */
　　LNPCI_NAME,                    /* drvName */
　　&Pci2040Funcs,            /* 总线驱动函数*/
　　Pci2040Methods,            /* 设备方法结构 */
　　Pci2040Probe,                    /* 设备探测函数 */
　　Pci2040ParamDefaults        /* 参数*/
　　},
　　NELEMENTS（PciPci204DevIDList），
　　PciPci204DevIDList                /*设备资源列表*/
　　};

最后这个结构在vxbPci2040Registe()中被使用。这个结构包括几个驱动的初始化入口，其中Pci2040Probe()是PCI2040采集卡的硬件探测函数，该函数在VxBus初始化过程中检测采集卡的数量，当检测到采集卡时，将采集卡与驱动结合，形成设备的一个实例，以便应用程序使用。Pci204InstanceInit( )函数在VxBus初始化的第一阶段被调用， Pci204InstanceInit( )函数只是简单地确保设备的中断被禁止。

当所有驱动在VxWorks注册之后，hardWareInterFaceBusInit( )和hardWareInterFaceInit( ) 函数返回，sysHwInit( ) 完成非VxBus 驱动的初始化并返回。sysHwInit( ) 函数返回后，VxWorks内核被初始化。

应用程序初始化驱动部分

在devInstanceInit2( )函数最后，创建用户的运行任务，并完成设备驱动的初始化。在这个阶段，Pci2040InstanceConnect( )函数被调用，完成最后的初始化工作，在这个函数中，主要是建立中断与中断服务程序的连接。

驱动程序的配置

采用VxBus驱动的一个主要优点是：设备的驱动程序可以被看成VxWorks 系统的一个组件，通过集成的Workbench开发环境来配置设备驱动。PCI2040数据采集卡需要有以下文件：

一个驱动源文件PCI2040.c,执行驱动运行逻辑，包括PCI2040驱动的实现代码。
一个组件描述文件PCI2040.cdf，允许集成驱动到VxWorks开发工具Workbench当中。
一个PCI2040.dc文件，提供驱动注册函数原型。
一个PCI2040.dr文件,提供一个调用注册函数的C语言代码段。
一个readme文件 ,提供版本信息。
一个makefile 文件，提供建立驱动的编译规则。

应用程序与驱动的通信

为了使设备和驱动能够在VxWorks系统中使用，让应用程序、中间件、VxWorks内核模块访问设备，执行一些操作，最基本的方法是在VxWorks中采用VxBus方法来实现硬件设备的访问。VxBus方法是在驱动中公开一个入口，使VxBus中API函数可以调用这些入口函数。在PCI2040初始化阶段，Pci2040Methods结构中注册的函数就是在驱动中公开的函数，用于对PCI2040的操作。

例如，通过PCI2040 完成对DSP数据寄存器的访问

struct vxbDriverControl ctrl;
vxbDevMethodRun(DEVMETHOD_CALL(ReadHPID),&ctrl);

vxbDevMethodRun( )函数够被用于调用一个指定的驱动方法，这个函数反复查找所有的实例，并检查每一个，看是否有指定公开申明的方法，如果实例有指定的方法，vxbDevMethodRun( )调用方法函数。

为了避免重复遍历在系统上的所有实例,可以用 vxbDevMethodGet( )函数找出驱动函数相对应的驱动方法，然后通过下面代码完成函数调用。

    STATUS (*methodFunc)(VXB_DEVICE_ID devID, void * pArg);
    methodFunc = bDevMethodGet(devID,DEVMETHOD_CALL(ReadHPID));
    if(methodFunc != NULL )
    (*methodFunc)(devID, pArg);

在PCI2040的数据采集卡中，通常是DSP在采集完数据后，通过中断通知主机，去读取数据。下面是中断服务相关代码。

　　void PCI2040Isr（）
　　{ ……
　　temp=*（PCI2040. instID.pRegister+0x4）； //读中断寄存器
　　if（（tempr&0x1）！=0）               //检查是否是该实例中断
　　{ *（PCI2040. instID.pRegister +0x4）=0x1;
　　temp= *（PCI2040. instIDpDspHpicRegister）；
　　*（PCI2040. instIDpDspHpicRegister）=temp|0x0808;
　　//通知DSP,清除HINT中断
　　semGive（semForPci2040Int）；
　　}
　　}

采用基于VxBus架构来开发PCI2040数据采集卡的驱动，通过扩展文件实现驱动的配置。与简单的非VxBus驱动相比，显然增加了工作量，然而对于基于多个BSP设备的复杂的驱动，VxBus驱动是优于非VxBus驱动的。通过实际运用证明，所开发采集卡的驱动能够稳定运行,并且能很方便地将该驱动移植到其他的系统。

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