- 實時嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計

2．1 設(shè)備驅(qū)動程序的功能

1)對設(shè)備進行初始化 初始化的目的是使設(shè)備處于某種工作狀態(tài)，以便用戶程序訪問該設(shè)備。

2)打開設(shè)備操作 打開設(shè)備操作實際上是查詢用戶指定的設(shè)備，并查看用戶是否可以使用該設(shè)備。因為設(shè)備是共享資源，當(dāng)設(shè)備正在被使用時，系統(tǒng)要對它進行保護，禁止其他任務(wù)對設(shè)備進行操作，直到設(shè)備資源被釋放。

3)關(guān)閉設(shè)備操作 關(guān)閉設(shè)備操作就是釋放設(shè)備資源。任務(wù)對設(shè)備完成操作后，必須進行關(guān)閉設(shè)備操作，否則設(shè)備總是處于被占用狀態(tài)，其他任務(wù)無法使用。與打開設(shè)備操作相對應(yīng)，有打開操作就應(yīng)該有關(guān)閉操作。

4)從設(shè)備上接收數(shù)據(jù)并提交給系統(tǒng) 這項功能通常就是所說的讀操作，接收外部傳輸來的數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)采用的方式有查詢方式、中斷方式和DMA方式。

5)把數(shù)據(jù)從主機上發(fā)送給設(shè)備 這項功能對應(yīng)通常的寫操作，把主機上的數(shù)據(jù)傳送給外界。通常系統(tǒng)主動調(diào)用該操作進行數(shù)據(jù)發(fā)送，有時也采取中斷方式發(fā)送數(shù)據(jù)。

6)對設(shè)備進行控制操作 在使用設(shè)備過程中，有時根據(jù)應(yīng)用的需要對設(shè)備進行控制(例如改變設(shè)備某個狀態(tài))，而控制操作就能提供這種功能。

2．2 設(shè)備驅(qū)動程序的接口

VxWorks通用設(shè)備驅(qū)動程序基本都是通過I／O系統(tǒng)來存取的，這樣做的好處是可以屏蔽底層硬件，對上層應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口。Vx-Works的I／O系統(tǒng)由基本I／O及含buffer的I／O組成，它提供標(biāo)準(zhǔn)的C庫函數(shù)，基本I／O庫與Unix兼容，而含buffer的I／O則與ANSI C兼容。VxWorks的I／O系統(tǒng)有其獨特的特性，使得它比其他I／O系統(tǒng)更快速、靈活，這在實時系統(tǒng)中非常重要。還有一些特殊的通用IO設(shè)備驅(qū)動程序如串行通用IO設(shè)備驅(qū)動程序由于其自身的特性，雖然不是通過標(biāo)準(zhǔn)I／O來進行存取的，但是也都有它們各自相關(guān)的規(guī)范。下面只介紹通過I／O系統(tǒng)存取的通用IO設(shè)備驅(qū)動程序。

VxWorks作為實時操作系統(tǒng)為了能夠更快、更靈活地進行I／O操作，提供了若干庫來支持標(biāo)準(zhǔn)的字符設(shè)備和塊設(shè)備。一個字符設(shè)備的驅(qū)動程序和I／O系統(tǒng)直接作用，調(diào)用驅(qū)動程序安裝函數(shù)iosDrvInstall()在VxWorks中安裝驅(qū)動程序。它執(zhí)行7個基本的I／O操作：create，rem-ove，open，close，read，write和ioctl。如果設(shè)備不支持某些I／O操作，則相應(yīng)的程序可以被省略。iosDrvInstall()只是為驅(qū)動程序在驅(qū)動程序表中分配了一個位置，要運行驅(qū)動程序還需要調(diào)用設(shè)備安裝函數(shù)iosDevAdd()。iosDevAdd()把設(shè)備名和驅(qū)動程序號寫到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)DEV_ HDR中，并把它加到系統(tǒng)的設(shè)備列表中。

一個塊設(shè)備的驅(qū)動掛在文件系統(tǒng)上比直接掛在I／O系統(tǒng)上使用起來更方便。它先和文件系統(tǒng)作用，再由文件系統(tǒng)與I／O系統(tǒng)作用。塊設(shè)備驅(qū)動程序不使用iosDrvlnstall()來安裝驅(qū)動程序，而是通過初始化塊設(shè)備描述結(jié)構(gòu)BLK_DEV或順序設(shè)備描述結(jié)構(gòu)SEQ_DEV來實現(xiàn)驅(qū)動程序提供給文件系統(tǒng)的功能。類似的，塊設(shè)備驅(qū)動程序不使用iosDevAdd()來將驅(qū)動程序裝入I／O系統(tǒng)，而是使用文件系統(tǒng)設(shè)備初始化函數(shù)，如dos-FsDevInit()來完成。實際上，文件系統(tǒng)把自己作為一個驅(qū)動程序裝到I／O系統(tǒng)中，并把請求轉(zhuǎn)發(fā)給實際的設(shè)備驅(qū)動程序。

2．3 設(shè)備驅(qū)動程序的組成

設(shè)備驅(qū)動程序包括3部分：初始化部分、函數(shù)功能部分和中斷服務(wù)程序ISR。

1)初始化部分初始化硬件，分配設(shè)備所需的資源，完成所有與系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)置。如果是字符設(shè)備，首先調(diào)用iosDrvInstall()來安裝驅(qū)動程序，把中斷向量和ISR掛上，然后調(diào)用iosDevAdd()將驅(qū)動程序加入I／O系統(tǒng)中；如果是塊設(shè)備，首先把中斷向量和ISR掛上，在內(nèi)存中分配一個設(shè)備結(jié)構(gòu)，然后初始化該結(jié)構(gòu)。用戶要使用該設(shè)備時，先調(diào)用設(shè)備初始化函數(shù)xxlnit()，再調(diào)用設(shè)備創(chuàng)建函數(shù)xxDevCreate()，返回一個BLK_DEV結(jié)構(gòu)的指針，供文件系統(tǒng)初始化函數(shù)使用。

2)函數(shù)功能部分完成系統(tǒng)指定的功能。對于字符設(shè)備，這些函數(shù)就是指定的7個標(biāo)準(zhǔn)的I／O函數(shù)；對于塊設(shè)備，則是在BLK_DEV或SEQ_DEV結(jié)構(gòu)中指定的功能函數(shù)。

3)中斷服務(wù)程序是實時系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)通過中斷機制來了解外部事件，并作出響應(yīng)。實時系統(tǒng)的反應(yīng)速度取決于系統(tǒng)對中斷的響應(yīng)速度和中斷處理程序的處理速度。因此，中斷服務(wù)程序的處理時間應(yīng)盡量短。所有的中斷服務(wù)程序共享一個堆棧，沒有任務(wù)控制塊，所以，在中斷服務(wù)程序中不能使用可導(dǎo)致阻塞的函數(shù)，如printf(…)、semTake(…)等。中斷服務(wù)程序中可以使用semGive(…)與其他的非中斷服務(wù)程序進行通信。理想的情況，一個中斷服務(wù)程序僅調(diào)用一個semGive(…)系統(tǒng)調(diào)用，也就是說，中斷服務(wù)程序的主要功能應(yīng)該是發(fā)起一個任務(wù)來完成必要的處理。為提高中斷服務(wù)程序與任務(wù)的合作性能，最好的機制是信號量。