以uClinux為背景,介紹中斷驅動的I/O設備驅動的開發(fā)

引 言

在32位微處理器逐漸成為嵌入式系統(tǒng)主流的同時，嵌入式應用也變得越來越復雜。許多嵌入式系統(tǒng)都不得不借助于專用的操作系統(tǒng)來支撐自己的應用。uClinux作為類Unix操作系統(tǒng)，繼承了Linux的各種優(yōu)秀的品質，成為首選的嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

為自己的設備在操作系統(tǒng)下添加驅動程序，是嵌入式設計必不可少的部分。針對不同的設備類型，選擇合適的驅動程序的模式，同樣也是十分重要的。通常的設備驅動采用直接I/O的方式，如存儲器、看門狗等;而對于象網絡這樣的數(shù)據(jù)流設備的驅動，則應該用到中斷機制。

本文以uClinux為背景，以一種數(shù)據(jù)流設備為目標，介紹中斷驅動的I/O設備驅動的開發(fā)。

1 應用背景

1.1 硬件描述

本文介紹的驅動程序是應用在一種電信E1線路和以太網互聯(lián)設備上的。它是旁路接收E1數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到以太網的某一臺服務器上，在服務器上對E1的話路和信令時隙分析。

該設備中的處理器是采用三星公司出品的網絡型ARM處理器S3C4510B。E1線路接口采用Dallas半導體公司的專用El接口單元（LIU）芯片 DS2148，它完成波形整理、時鐘恢復和HDB3解碼。DS2148將整理后的E1數(shù)據(jù)流送給一片Altera公司的Cyclone系列的 FPGA（EPlC3T144C8），它將串行的E1數(shù)據(jù)流存入到FIFO，再通過ARM的32位外部總線將數(shù)據(jù)傳送給ARM。ARM將數(shù)據(jù)打包通過以太網發(fā)送到服務器上。圖l所示是本系統(tǒng)的硬件框圖。本文主要介紹接在ARM的外部總線上的FPGA，在uClinux下的驅動程序中斷機制的設計。

1.2硬件連接

S3C4510B處理器和FPGA的連接電路如圖2所示。

1.3 FPGA內FIFO的結構

在FPGA內部設置了兩個FIFO。為了防止ARM和FPGA操作的沖突，ARM和FPGA對兩個FIFO操作采用乒乓方式，這樣ARM和FPGA就可以同時操作不同的FIFO，而不需要等待。FIFO的大小是4096位，能容納一個E1復幀的數(shù)據(jù)量。當FPGA將一個FIFO填滿后，會用中斷的方式通知ARM來讀FIFO，同時FPGA會置內部的F1FO狀態(tài)寄存器。 FIFO）狀態(tài)寄存器命名為fpga_imf，是一個32位的寄存器，用其中某幾位置“l(fā)”，表示對應的FIFO需要讀取。

2 軟件設計

中斷驅動的I/O是指，輸人數(shù)據(jù)在中斷期間被填充到緩沖區(qū)內，并由讀取該設備的進程取走緩沖區(qū)內的數(shù)據(jù);輸出緩沖區(qū)由寫設備的進程填充，并在中斷期間取走數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩沖可以將數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收與write及read系統(tǒng)調用分離開來，提高系統(tǒng)的整體性能。下面是uCllnux下的中斷程序的設計。

2.1 uClinux下的中斷程序

在uClinux系統(tǒng)中，通過調用下面這個函數(shù)向系統(tǒng)申請一個中斷通道（或中斷請求IRQ），并在處理完以后釋放掉它。

mt reqLIest_irq（unsigned int irq，void（*handler）（int，vold*，

struct pt_regs*），unsigned 10ng flags，const chat*device，

vold*dev_id）;

void free_irq（unstgned int lrq，VOid*dev_id）;

其中，irq是中斷號。在本系統(tǒng)中它對應于S3C4510B的21個中斷源。這里用的是中斷源O。handler指向要安裝的中斷處理函數(shù)的指針。 flags是一個與中斷管理有關的各種選項的字節(jié)掩碼。device傳遞給request_irq的字符串，在/proc/interrupts中用于顯示中斷的擁有者。dev_id指針用于共享的中斷信號線。函數(shù)的返回值為O時表示成功，或者返回一個負的錯誤碼。函數(shù)返回一EBUJSY通知另一個設備驅動程序已經使用了要申請的中斷信號線。下面是FPGA的設備中斷申請函數(shù)。這個函數(shù)是在驅動中的fpga_open函數(shù)中被調用的。

int fpga_open（struct inode*inocle，stuct_file*file）{

int result;

result=request_irq（FPGA_IRQ，δfpga_isr，SA_INTER-RUPT，″fpga″，NULL）;

if（resuIt！=O）{

printk（KERN_INFO”Can not register FPGA ISR！\n”）;}else{

printk（KERN_INFO″FPGA ISR Register successfully！\n”）;

}

}

在申請了中斷通道后，系統(tǒng)會響應外部中斷0，而進入中斷處理程序。中斷處理程序的第一步是要先清除S3C4510B的中斷懸掛寄存器的外部中斷O位。這是為了讓FPGA可以產生新的中斷。在uClinux系統(tǒng)中是調用下面的宏來實現(xiàn)的。

責任編輯：lq6