基于pSoSystem操作系統(tǒng)實現(xiàn)通用網(wǎng)絡(luò)代碼框架的設(shè)計

作者：陳海華，胡林，楊晨暉

pSoSystem操作系統(tǒng)簡介

pSoSystem是一種專門用以嵌入式處理器的高性能的、模塊化的操作系統(tǒng)?；陂_放操作系統(tǒng)標準，它提供了一種復(fù)雜的多任務(wù)運行環(huán)境。同時，它也提供了一系列的集成開發(fā)工具，這些開發(fā)工具可用于Unix系統(tǒng)，也可用于Windows系統(tǒng)。另外，由于pSoSystem是一種模塊化的操作系統(tǒng)，所以，開發(fā)人員可以根據(jù)需要，選用不同的操作系統(tǒng)模塊。這樣，就使得我們沒有必要把一個龐大的操作系統(tǒng)全部加載到嵌入式系統(tǒng)設(shè)備上。比如說，如果我們的應(yīng)用系統(tǒng)不需要支持文件功能，則可以不用加載文件系統(tǒng)。這樣，就可以大大縮減操作系統(tǒng)的尺寸.pSoSystem的整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1pSOS系統(tǒng)框圖

pSoSystem網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序概述

網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動在pSoSystem里有作專門的處理，它不是直接和pSOS+內(nèi)核模塊的I/Osupervisor打交道，而是和pNA+網(wǎng)絡(luò)模塊打交道。和I/O監(jiān)管層一樣，為了屏蔽具體硬件之間的差異，pNA+也為網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序提供了一個中間層，稱之為NI（NetworkInterface）層。在NI層，它為上層提供了一系列的標準網(wǎng)絡(luò)接口函數(shù)（如網(wǎng)卡初始化，網(wǎng)絡(luò)包發(fā)送等），這些接口函數(shù)是在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序里實現(xiàn)，而由pNA+模塊里的其它網(wǎng)絡(luò)層調(diào)用。要編寫網(wǎng)絡(luò)驅(qū)程，就是要具體實現(xiàn)這幾個接口函數(shù)。圖2是網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序在pSoSystem中的模型圖。

圖2網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模型

通用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模型的設(shè)計

通用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模型的整體設(shè)計思想，就是將獨立于具體硬件的操作抽象出來，以形成一個通用的代碼框架。具體來說，主要包括以下幾個部分：

a） 底層驅(qū)動和上層應(yīng)用的分離層次模型設(shè)計;

b） 由上述分離層次所得到的相應(yīng)接口函數(shù)的設(shè)計;

c） 網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包接收、發(fā)送的抽象代碼框架的設(shè)計;

下面，本文將就上述3個方面的設(shè)計作一個較為全面的分析。

底層驅(qū)動和上層應(yīng)用的分離層次模型設(shè)計

顯然，這一塊的設(shè)計是整個驅(qū)動模型設(shè)計的首要部分。只有將底層驅(qū)動和上層應(yīng)用有效地分離出來，才能保證代碼的獨立性與重用性，從而也使得驅(qū)動程序的開發(fā)者不用過多地關(guān)心上層應(yīng)用，符合現(xiàn)代軟件的設(shè)計思想。關(guān)于這一部分的設(shè)計，pSoSys2tem已經(jīng)幫助我們完成，其所提供的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模型就是一個典型的軟件分層設(shè)計實例。詳情請看圖2.

接口函數(shù)的設(shè)計

一般來說，根據(jù)上述所設(shè)計的驅(qū)動程序分層模型，都會為上下兩層的溝通提供一些標準的接口函數(shù)。顯然，這些接口函數(shù)的實現(xiàn)，大部分是和底層硬件具體相關(guān)的，但其操作步驟卻是大同小異的。因此，在我們的通用驅(qū)動模型框架里，就是要抽象出獨立于具體硬件的一般操作，以形成一個通用的代碼框架，在這里，我們一般就以偽C代碼形式來給出各個接口函數(shù)的一般實現(xiàn)。

（1）NiLan接口函數(shù)的設(shè)計與分析

NiLan是pNA+層和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動掛接的一個最為重要的接口函數(shù)。實際上，早在pNA+模塊的加載過程中，pNA+就安裝了此函數(shù)，其相應(yīng)的偽C代碼如下：

UCHAR *SetUpNI（UCHAR *FreeMemPtr）

{InstallNi（（int（*）（）） Nilan， IPaddr，

BSP-LAN1-MTU，BSP-LAN1-HWALEN，BSP-LAN1-FLAGS，SysVars.Lan1SubnetMask，0）;

/*通過這個函數(shù)的調(diào)用，將NiLan函數(shù)安裝到了pNA+模塊中去了*/

FreeMemPtr=SetupLanParams（BSP-LAN1-PKB，F(xiàn)reeMemPtr）;

/*在pNA+模塊里為網(wǎng)卡要用到的接收與發(fā)送等緩存分配空間*/

}

代碼1

通過這個函數(shù)，pNA+層可以完成所有有關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的調(diào)用。其具體做法就是：由pNA+層傳入不同的功能號，以達到調(diào)用相應(yīng)具體功能函數(shù)的目的，其相應(yīng)的偽C代碼如下：

longNiLan（ULONGfunction， union nientry*p）

{

if（function= =NI-INIT）

{

return ni-init（）;

}else

{

/*根據(jù)功能號，調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)*/

switch（function）

caseNI-SEND：調(diào)用ni-send（）;break;

case其它功能號：調(diào)用其它功能函數(shù);break;

}

}

代碼2

（2）ni-init函數(shù)的設(shè)計與分析

此函數(shù)主要是用來配置和初始化網(wǎng)卡的各種硬件和軟件資源，具體功能如下所述：

a）初始化buffers，主要是將其鏈成鏈表，以方便操作;

b）初始化網(wǎng)卡相關(guān)的寄存器，最重要的就是收發(fā)寄存器的首址RxDesc和TxDesc;

c）初始化收發(fā)寄存器，主要是將其鏈成隊列，以方便內(nèi)存的循環(huán)使用;

staticlongni-init（void）

{

InitBuffers（）;/*初始化buffer，主要是將

其鏈成鏈表*/

InstallIsr（）;/*安裝中斷服務(wù)程序，最重要

的就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收中斷*/

InitDescps（）/*將收發(fā)寄存器鏈成隊列*/

lanInit（）;/*初始化網(wǎng)卡的各個寄存器*/

}

代碼3

網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包收發(fā)代碼框架的設(shè)計與分析

設(shè)計通用網(wǎng)卡驅(qū)動模型，顯然，數(shù)據(jù)包的收發(fā)是最為重要的與具體硬件有關(guān)的操作，如何去除具體硬件的相關(guān)性，而抽象出獨立于各種硬件的一般的收發(fā)代碼，則顯得非常重要。下面，將就網(wǎng)卡收發(fā)過程的一般步驟進行分析。

（1）網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包的發(fā)送過程其具體步驟如下所示

a）應(yīng)用程序為了發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用相應(yīng)的套接字;

b）套接字的調(diào)用引發(fā)pNA+的系統(tǒng)調(diào)用，pNA+層則調(diào)用NiLan函數(shù)將上層的數(shù)據(jù)傳給NI層;NiLan的具體實現(xiàn)參看代碼2，這里，主要解釋一下其傳入的參數(shù);function：功能號，NiLan將根據(jù)不同的功能號調(diào)用合適的NI層的函數(shù);p:NI層的入口點，即上層和下層交換數(shù)據(jù)的地方，發(fā)送數(shù)據(jù)時，由這個入口點將相應(yīng)的數(shù)據(jù)由pNA+層傳入NI層，同樣，接收數(shù)據(jù)時，也是由這個入口點將NI層收到的數(shù)據(jù)上傳給pNA+層。

c）NI層收到pNA+層傳入的數(shù)據(jù)之后，則將待發(fā)送數(shù)據(jù)組裝成數(shù)據(jù)幀，以便接下來移

入網(wǎng)卡的發(fā)送寄存器發(fā)送出去，其相應(yīng)的實現(xiàn)代碼如下所示：

staticvoidni-send（char*hwa-ptr，char*pkbpt

r，USHORTtype）

{

tx-hdr=InitMblk（）;/3初始化三元組，一個三元組里存放一個數(shù)據(jù)幀*/

FillFrameHead（）;/*填充幀頭*/

TxFillDesc（）;/*調(diào)用TxFillDesc（）填充相

應(yīng)的寄存器以把數(shù)據(jù)發(fā)送出去*/

}

代碼4

（2）網(wǎng)卡數(shù)據(jù)包的接收過程

網(wǎng)卡接收數(shù)據(jù)的過程不同于發(fā)送數(shù)據(jù)的過程，發(fā)送數(shù)據(jù)時，有一個獨立的發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)，而在網(wǎng)卡的接收數(shù)據(jù)的過程中，并不存在這樣一個獨立的函數(shù)，網(wǎng)卡數(shù)據(jù)的接收是通過中斷服務(wù)程序來完成的，其具體步驟如下：

a）網(wǎng)卡產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的中斷;

b）中斷導(dǎo)致ni-isr（）中斷服務(wù)程序的調(diào)用，而在ni-isr（）中，調(diào)用真正的中斷響應(yīng)程序

ni-poll（），ni-poll（）則根據(jù)不同的中斷事件，調(diào)用具體的中斷服務(wù)程序;

static voidni-isr（void）

{

ienter（）;

AppModel-run-on-sstack（（Pointer）nipoll， Null）;

ireturn（）;

}

static voidni-poll（void）

{

for（;;）

{

if（接收數(shù)據(jù)中斷）RxBufRcv（）;

if（發(fā)送數(shù)據(jù)中斷）TxFillDesc（）;

if（其它中斷）。..。..

}

}

代碼5

c）對于接收數(shù)據(jù)的中斷而言，在ni-poll（）函數(shù)里調(diào)用的中斷響應(yīng)函數(shù)就是RxBufRev（），這個函數(shù)是真正負責網(wǎng)卡數(shù)據(jù)接收的地方，其工作原理就是讀取網(wǎng)卡相應(yīng)的接收寄存器，并通知pNA+層將數(shù)據(jù)取走;

staticvoidRxBufRcv（void）

{

for（;;）

{

good=CheckFrame（）/*判斷接收的數(shù)據(jù)包是否出錯*/

if（good==TRUE）/*如果數(shù)據(jù)包沒有出錯，則將它交給pNA+層*/

{

/*建立三元組，并通知pNA+層*/

msgBlk=NiFuncs.esballoc（（void3）&pktAddr-》type，dataLen，0，&frtn）;

Announce（type，msgBlk，dataLen，IfNum）;

}

}

}

代碼6

d）通過RxBufRec（）函數(shù)將數(shù)據(jù)從網(wǎng)卡中收下后，它最后還要再調(diào)用Announce（）函數(shù)

通知pNA+模塊將數(shù)據(jù)取走。至此，一個數(shù)據(jù)包的接收過程全部完成;注：Announce是一個回調(diào)函數(shù)，即在pNA+模塊中定義的，由NI層調(diào)用的函數(shù);

驅(qū)動程序的安裝

在pSOS中，一般的驅(qū)動程序安裝是通過修改drv-conf.c（pSoSystem操作系統(tǒng)里的一個系統(tǒng)配置文件）中的InstallDriver來完成。而網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序在pSoSystem里有作專門的處理，它是通過調(diào)用drvconf.c中的SetUpNi函數(shù)來實現(xiàn)的，而SetUpNi則會調(diào)用pSoSystem所提供的InstallDriver來最后完成網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的安裝。當然，最后還需要重新編譯pSoSystem的內(nèi)核，從而將我們的驅(qū)動程序模塊加載到pSoSystem系統(tǒng)模塊中。具體實現(xiàn)可以參看前面的代碼1.

結(jié)束語

本文只給出了通用網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模型的最重要部分的設(shè)計與分析，至于其它一些細節(jié)函數(shù)，限于篇幅，本文未做詳述。有興趣的讀者，可以進一步參看文末所附的參考文獻。最后，希望本文能對有心開發(fā)類似應(yīng)用的工程技術(shù)人員有所幫助。

責任編輯：gt