基于VxWorks操作系統(tǒng)實現(xiàn)PC/104-CAN適配卡的驅(qū)動系統(tǒng)設計

來源：單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，作者：解月工，秦龍勇，謝拴勤，彭衛(wèi)東

1 PC/104-CAN適配卡的硬件結(jié)構(gòu)

PC/104-CAN適配卡主要由CAN控制器（SJA1000）、光電隔離（6N137），收發(fā)驅(qū)動器（82C250）及譯碼電路組成。編程主要了解的是控制器SJA1000。CAN適配卡原理如圖1所示。

2 CAN地址譯碼和中斷選擇

系統(tǒng)104主板的CPU為486DX，其對接口板訪問有兩種方式：內(nèi)存映射和I/O訪問。I/O尋址采用專門的指令，每次只能傳送單個字節(jié)。內(nèi)存映射方式可以訪問較大的地址空間并且指令豐富，便于實現(xiàn)快速交換數(shù)據(jù)。本文討論的CAN卡采用存映射模式工作，與486DX接口是104總線，它與 ISA總線兼容。對于Intel X86體系的CPU，ISA可以映射的空間為0xC8000～0xEFFFF。使用比較器和地址選擇開關(guān)組成可選端口地址譯碼電路，通過開關(guān)選通內(nèi)存映射基地址（C8000H、C9000H、CA000H、…、EF000H），以避免與其它器件沖突。CAN偏移地址分配如下：

00～FFH SJA1000的寄存器；

100H～1FFH 對該范圍內(nèi)的任意地址進行寫操作，均可導致CAN硬件復位。

SJA1000的INT引腳通過跳線選擇IRQ3～7、IRQ9～12或IRQ15中的一個，避免與其它的適配卡沖突。

3 PC/104-CAN適配卡驅(qū)動實現(xiàn)

3.1 VxWorks驅(qū)動概述

VxWorks操作系統(tǒng)有兩種方式實現(xiàn)驅(qū)動。第一種方式是，把設備驅(qū)動程序作為獨立任務實現(xiàn)，直接在頂層任務中實現(xiàn)硬件操作，完成特有專用的驅(qū)動程序。第二種方式是，VxWorks的I/O系統(tǒng)將設備程序作為內(nèi)核過程實現(xiàn)。這種方式便于實現(xiàn)I/O子系統(tǒng)的層次模型，便于文件系統(tǒng)一起把設備作為特殊文件處理，提供統(tǒng)一的管理、統(tǒng)一的界面和統(tǒng)一的使用方法，并把設備、文件及網(wǎng)絡通信組織成為一致的更高層次的抽象，為用戶提供統(tǒng)一的系統(tǒng)服務和用戶接口。我們和這種驅(qū)動方式。

作為I/O系統(tǒng)和硬件設備之間的連接層，VxWorks驅(qū)動就是屏蔽硬件操作，為I/O系統(tǒng)提供服務。實現(xiàn)一個完整的驅(qū)動，必須了解VxWorks下I /O的三個基本元素：File、Driver和Dervice。File是為用戶提供訪問設備的統(tǒng)一接口；Driver是實現(xiàn)具體的基本控制函數(shù)，也就是實現(xiàn)I/O系統(tǒng)所需要的接口；而Device則是一個抽象的硬件設備，是一系列的結(jié)構(gòu)體、變量和宏定義對實際物理設備的定義。一般而言，實現(xiàn)一個驅(qū)動應該有三個基本的步驟：①用編程語言完成對實際物理設備的抽象；②完成系統(tǒng)所需要的各類接口及自身的特殊接口；③將驅(qū)動集成到操作系統(tǒng)中。之后還有一些調(diào)試工作。

3.2 VxWorks I/O系統(tǒng)驅(qū)動程序框架

VxWorks為各種設備（包括字符設備、塊設備、虛擬設備及網(wǎng)絡設備）提供統(tǒng)一的訪問接口，包括七種基本的I/O函數(shù)：open（filename、flags、mode），create（filename、flags），read（fd、&buf、 nBytes），write（fd、&buf、nBytes），ioctl（fd、command、arg），close（fd）及 remove（filename）。I/O系統(tǒng)所起的作用就是，把用戶請求分配到與設備對應的驅(qū)動例程中去。VxWorks系統(tǒng)中有一個驅(qū)動程序列表，其形式如表1所列。

表1 設備驅(qū)動列表（調(diào)試時可利用iosDrvShow（）查看）

I/O系統(tǒng)的可動態(tài)調(diào)用iosDrvInstall（）函數(shù)將設備的驅(qū)動例程（即XXOpen（）、XXClose（）、XXRead（）等）加入到設備驅(qū)動列表中，如圖2所示。

同樣，系統(tǒng)中有一個設備列表，每個設備對應于設備列表中的一項，每一項包括設備名稱和設備驅(qū)動號，同時包括一個設備描述的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)第一個變量是DEV_HDR類型的變量DEV_HDR。

DEV_HDR的定義如下：

Typedef struct

{

DL_NODE node； /*設備列表節(jié)點*/

short drvNum; /*驅(qū)動號碼*/

char *name; /*設備名*/

}DEV_HDR；

系統(tǒng)調(diào)用iosDevAdd（），可以將設備加入到設備列表中。系統(tǒng)中將驅(qū)動和設備聯(lián)系起來的就是文件描述符列表，每個文件描述符列表除了包括驅(qū)動號、設備ID外，還包括文件名、可用標志和指向DEV_HDR的指針。系統(tǒng)每次成功執(zhí)行open（），返回一個文件描述符，這樣對于設備的 read（）、write（）及ioctl（）就可以通過文件描述符進行。

文件描述符表（調(diào)試時調(diào)用iosFdShow（）查看）如下：

I/O系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)啟動時（一般掛接在usrroot（）），XXDrv（）和XXDevCreade（）便將設備及其驅(qū)動加入相應的列表中。

3.3 設備驅(qū)動程序的訪問過程

下面以CAN驅(qū)動程序為例，說明驅(qū)動程序的訪問過程。（假定設備名“/can/1”并且以CAN設備驅(qū)動程序為例，上述中的XX在這里用Can代替。）

①fd=open（“/can/1”，O_RDWR，0644）

②I/O系統(tǒng)在設備列表中尋找設備名為/can/1的設備項，找到相應的設備驅(qū)動號。

③I/O系統(tǒng)在文件描述符中保留一個文件描述符空間。

④I/O系統(tǒng)在設備驅(qū)動列表中找到對應的CanOpen（CAN_DEV*PCAN_DEV，UBYTE*remainder，int flags），該驅(qū)動例程返回設備描述符的指針。

⑤I/O系統(tǒng)將設備描述符的指針存儲在文件描述符列表的Device ID，同時將對應的設備驅(qū)動號存儲在文件描述符的Driver num項。最后I/O系統(tǒng)返回該描述符項的索引（即為fd）。

⑥這樣應用程序中的read（）和write（）等函數(shù)調(diào)用就可以根據(jù)fd找到相應的設備驅(qū)動號，進而找到相應的驅(qū)動例程。

4 CAN驅(qū)動程序的實現(xiàn)

CAN驅(qū)動程序的實現(xiàn)即是完成下面七個函數(shù)的編寫。下面簡要介紹其完成的功能，并用偽指令進行說明。

int drv_num; ;/*驅(qū)動號碼*/

typedef struct {

DEV_HDR pCANHDR; /*這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須放在設備描述符的最初部分*/

/*其余與驅(qū)動有關(guān)數(shù)據(jù)*/

}CAN_DEV； /*CAN設備描述符*/

CAN_DEV can_chan_dev；

STATUS CanDrv（void）{

完成驅(qū)動的一些初始化；

intconnect（）; /*連接所選的IRQ與中斷處理函數(shù)*/

sysIntEnablePIC（）; /*486DX允許中斷*/

drv_num=iosDrvInstall（CanOpen，NULL，CanOpen，CanClose，CanRead，CanWrite，CanIoctl）；/*將設備驅(qū)動例程裝入設備列表中*/

}

/*iosDrvInstall（）將設備的CAN驅(qū)動例程加入設備驅(qū)動列表中，7個參數(shù)為7個驅(qū)動例程的進入點（entry point），如果沒有某個例程，則傳遞NULL。*/

STATUS CanDevCreate（）{

完成一些設備初始化

iosDevAdd （&Can_chan_dev.pCANHDR，“can0”，drv_num）；/*將設備放入設備驅(qū)動列表中*/

}

int CanOpen（CAN_DEV *pCan_Dev，UBYTE *remainder，int flags）{

CAN卡硬件復位

CAN卡關(guān)中斷

CAN卡進入軟件復位模式

設置CAN卡工作寄存器，如接收碼寄存器和屏蔽碼寄存器等

CAN卡開中斷和進入操作模式

Return（（int）pCan_Dev）; /*注意必須返回設備描述結(jié)構(gòu)指針*/

}

int CanRead（int CAN_DEV_ID，UBYTE * buf，int nBytes）{

等待信號量（該信號量由中斷處理例程釋放）

從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)

釋放接收緩沖

返回接收數(shù)據(jù)數(shù)量

}

int CanWrite（int CAN_DEV_ID，UBYTE* buf，int nbyte）{

查詢發(fā)送緩沖是否可用

向發(fā)送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)

命令發(fā)送

查詢發(fā)送完成標志

返回發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)量

}

void interrupt_handle_routin（int arg）{

處理中斷事件

發(fā)送（釋放）信號量

}

限于篇幅，其它函數(shù)略。

5 CAN驅(qū)動調(diào)試

硬件驅(qū)動的調(diào)試是件十分麻煩的事，經(jīng)驗十分重要。這里簡要介紹幾個幫助調(diào)試的函數(shù)。

①可以調(diào)用iosDrvShow（）、iosDevShow（）及iosFdShow（）查看相關(guān)內(nèi)容，判斷并將驅(qū)動及設備中入相應列表。

②使用logMsg（）現(xiàn)實相關(guān)內(nèi)容，以定位錯誤。

初期調(diào)試，示波器和信號燈是非常有用的，可以確定硬件的工作狀況，從而有助于發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。

6 小結(jié)

筆者采用兩種方式完成了CAN卡驅(qū)動。相對于第一種（筆者亦完成），第二種方式——VxWorks的I/O系統(tǒng)將設備程序作為內(nèi)核過程實現(xiàn)，大大減少了系統(tǒng)的開銷，實時性和可靠性有了很大的提高，并且為用戶提供了統(tǒng)一的接口，使用十分方便。

開發(fā)驅(qū)動程序，輔助工具是非常有用的。Windows下的開發(fā)工具就比較多，而在VxWorks下開發(fā)驅(qū)動的工具相對較少。Windriver 是一款不錯的開發(fā)工具，可以開發(fā)VxWorks下的驅(qū)動程序（也可以開發(fā)其它操作系統(tǒng)下的驅(qū)動程序）。正確、熟練地使用這些輔助工具，會使開發(fā)工作事半功倍。

責任編輯：gt