基于VxBus的设备驱动开发

赵永钢，韩国义

（哈尔滨威克科技股份有限公司，黑龙江 哈尔滨150090）

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Vx-Works6.2及以后版本被增加到VxWorks中的。在以前的版本中，驱动程序并没有和工程配置集成到一起，如果要配置设备驱动，就要通过修改BSP目录下的config.h和syslib.c文件来完成。而基于VxBus架构模型的好处是允许驱动的集成和配置在Workbench工程中完成。这就意味着在Workbench环境下，每个驱动程序都能通过可视化环境进行配置，都能够按要求添加或删除设备。本文结合基于PCI2040数据采集卡驱动的开发过程[1]，分析了VxBus架构下驱动的设计实现。

1 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:①允许设备驱动匹配对应设备;②提供驱动程序访问硬件的机制;③软件其他部分访问设备功能;④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。

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。

图1 VxBus在整个系统中的位置示意图

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[2]。并且在驱动被添加或移出时要去做一些管理VxWorks工程的额外的工作。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，而不需要BSP和驱动相关的知识,也不会在添加、删除驱动时增加管理VxWorks工程的额外工作。因此大大方便了BSP的开发。

2 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。由于PCI2040是TI的配套专用芯片，硬件级的连接比较简单，将对应的引脚连接即可。需要注意的是，未用的输入信号线需要通过上拉电阻上拉至有效逻辑电平。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。

图2 硬件连接框图

3 驱动开发

基于VxBus架构下PCI2040设备驱动的开发主要包括设备的初始化、设备控制以及设备驱动如何以组件形式添加到Workbench配置界面中。下面分步介绍它的实现。

3.1 设备驱动初始化

设备的初始化，包含在BSP的初始化过程中[3]，主要分三个阶段，如图3所示。

图3 设备初始化流程图

3.1.1 内核预初始化阶段

系统上电启动，CPU在上电时跳转到一个指定的地址 ，开始执行指令，初始化内存和 CPU,然后是VxWorks的初始化处理。

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，这步允许在系统内存池初始化之前，限制为设备驱动分配内存，这个函数接着调用hardWareInter-FaceBusInit()，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：

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。

这个结构提供了应用软件操作硬件的一些函数及方法。

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，hardWareInterFace-BusInit()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。

3.1.2 内核自检

在这个阶段，内核在 sysHwInit2()中执行，BSP调用Pci2040InstanceInit2()函数[5]。在这个函数中，建立系统内存到设备空间的映射。关键部分代码如下：

此时，完成内核服务初始化，并可以被驱动访问。但是，中间层的服务仍然无效。

3.1.3 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。

至此，设备驱动的初始化完成。

3.2 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。为了实现这一功能，开发的驱动需要增加一些额外的扩展文件。标准VxWorks设备驱动有一个最小的文件集,对于大多数Vx-Works设备驱动，最小的设备驱动集要求有6个单独的文件[6]。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。

当上述文件在workbench环境下进行相应的配置后，PCI2040的设备驱动就会以组件的形式出现在开发工程的Kernel Configuration选项中，可以方便地进行PCI2040驱动配置。

4 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。

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。

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。

[1]高超,郝燕玲,吴润.VxWorks下网卡驱动程序的开发[J].微计算机信息.2004(9):18-20.

[2]周启平,张杨.VxWorks下设备驱动程序及BSP开发指南[M].北京.中国电力出版社，2004.

[3]VxWorks Device Driver Developer′s Guide Wind River Systems,Inc.2007.1,6.6

[4]VxWorks Device Driver Developer's Guide Volume 2,6.6.Wind River Systems,Inc.2007.2,6.6

[5]VxWorks Device Driver Developer's Guide Volume 3,6.6.Wind River Systems,Inc.2007.3,6.6

[6]BSP Developer's Guide，6.6 Wind River Systems,Inc.2007.