VxBus是風河公司新的設備驅動程序架構，是VxWorks新增的特性，它是在VxWorks6.2及以后版本被增加到VxWorks中的。在以前的版本中，驅動程序并沒有和工程配置集成到一起，如果要配置設備驅動，就要通過修改BSP目錄下的config.h和syslib.c文件來完成。而基于VxBus架構模型的好處是允許驅動的集成和配置在Workbench工程中完成。這就意味著在Workbench環(huán)境下，每個驅動程序都能通過可視化環(huán)境進行配置，都能夠按要求添加或刪除設備。本文結合基于PCI2040數(shù)據(jù)采集卡驅動的開發(fā)過程[1]，分析了VxBus架構下驅動的設計實現(xiàn)。

1 VxBus簡介

　VxBus是指在VxWorks中用于支持設備驅動的特有的架構，這種架構包含對minimal BSP的支持。它包括以下功能:①允許設備驅動匹配對應設備;②提供驅動程序訪問硬件的機制;③軟件其他部分訪問設備功能;④在VxWorks系統(tǒng)中，實現(xiàn)設備驅動的模塊化。VxBus在總線控制器驅動程序服務的支持下，能在總線上發(fā)現(xiàn)設備，并執(zhí)行一些初始化工作，使驅動與硬件設備之間正常的通訊。

　圖1是VxBus 在整個系統(tǒng)中的位置示意圖。從圖1中可以看到，VxBus起到了輔助總線的作用，提供了對總線控制驅動的支持。

在VxWorks6.2版本發(fā)布前，設備驅動并不能被集成到VxWorks工程配置當中，為了添加或移出設備驅動，需要有豐富的BSP和驅動開發(fā)相關的知識[2]。并且在驅動被添加或移出時要去做一些管理VxWorks 工程的額外的工作。作為VxWorks系統(tǒng)組件的一部分，VxBus消除了上面遇到的一些難題，各種驅動和支持組件的添加與刪除完全可以在Workbench工程中進行，而不需要BSP和驅動相關的知識,也不會在添加、刪除驅動時增加管理VxWorks工程的額外工作。因此大大方便了BSP的開發(fā)。

2 硬件介紹

TI公司推出的PCI2040是一款用于實現(xiàn)PCI局部總線與DSP之間無縫鏈接的專用芯片。在VxWorks實時操作系統(tǒng)環(huán)境下實現(xiàn)主機與DSP的通訊，系統(tǒng)利用PCI2040實現(xiàn)TMS320VC5410與主機的通訊。由于PCI2040是TI的配套專用芯片，硬件級的連接比較簡單，將對應的引腳連接即可。需要注意的是，未用的輸入信號線需要通過上拉電阻上拉至有效邏輯電平。TMS320VC5410的MCBSP0與TLC2548 連接，實現(xiàn)8路12位A/D數(shù)據(jù)的采集。TMS320VC5410將采集到的數(shù)據(jù)通過PCI2040傳輸?shù)街鳈C上，數(shù)據(jù)在主機上得到進一步的處理。硬件連接框圖如圖2所示。

3 驅動開發(fā)

基于VxBus架構下PCI2040設備驅動的開發(fā)主要包括設備的初始化、設備控制以及設備驅動如何以組件形式添加到Workbench配置界面中。下面分步介紹它的實現(xiàn)。

3.1設備驅動初始化

設備的初始化，包含在BSP的初始化過程中[3]，主要分三個階段，如圖3所示。

3.1.1內核預初始化階段

　系統(tǒng)上電啟動，CPU在上電時跳轉到一個指定的地址 ，開始執(zhí)行指令，初始化內存和CPU,然后是VxWorks 的初始化處理。

　在VxWorks內核預初始化早期，BSP的sysHwInit( )函數(shù)被執(zhí)行[4]，在這個函數(shù)中，設備驅動初始化工作第一步被執(zhí)行。sysHwInit( )函數(shù)執(zhí)行一些早期的初始化，調用hardWareInterFaceInit( )函數(shù)，執(zhí)行初始化硬件內存分配機制，這步允許在系統(tǒng)內存池初始化之前，限制為設備驅動分配內存，這個函數(shù)接著調用hardWareInterFaceBusInit( )，在hardWareInterFaceBusInit( )函數(shù)中完成所有設備驅動和模塊的注冊工作。PCI2040的注冊函數(shù)是vxbPci2040Register()。vxbPci2040Register()通過數(shù)據(jù)結構，向系統(tǒng)注冊一些設備初始化函數(shù)。其中涉及到三個數(shù)據(jù)結構：

LOCAL struct drvBusFuncs PciFuncs =
{
Pci2040InstInit, /* devInstanceInit */
Pci2040InstInit2, /* devInstanceInit2 */
Pci204InstConnect /* devConnect */
}

在這個結構中，包含了初始化階段要調用的函數(shù)。下面的初始化過程會用到這些函數(shù)。

LOCAL struct vxbDeviceMethod Pci2040Methods[] =
{
DEVMETHOD(ReadHPID, PCI2040ReadHPID),
DEVMETHOD(WriteHPID, PCI2040WriteHPID),
DEVMETHOD(ReadHPIA, PCI2040ReadHPIA),
DEVMETHOD(WriteHPIA, PCI2040WriteHPIA),
DEVMETHOD(ReadHPIC, PCI2040ReadHPIC),
DEVMETHOD(WriteHPIC, PCI2040WriteHPIC),
DEVMETHOD(ReadCSR, PCI2040ReadCSR),
DEVMETHOD(WriteCSR, PCI2040WriteCSR),
{ 0, 0 }
}

這個結構提供了應用軟件操作硬件的一些函數(shù)及方法。

LOCAL struct vxbPciRegister Pci2040DevPciRegistration =
{
{
NULL, /* pNext */
VXB_DEVID_DEVICE, /* devID */
VXB_BUSID_PCI, /* busID = PCI */
VXB_VER_4_0_0, /* vxbVersion */
LNPCI_NAME, /* drvName */
Pci2040Funcs, /* 總線驅動函數(shù)*/
Pci2040Methods, /* 設備方法結構 */
Pci2040Probe, /* 設備探測函數(shù) */
Pci2040ParamDefaults /* 參數(shù)*/
},
NELEMENTS(PciPci204DevIDList),
PciPci204DevIDList /*設備資源列表*/
　　 };

　　最后這個結構在vxbPci2040Registe()中被使用。這個結構包括幾個驅動的初始化入口，其中Pci2040Probe()是PCI2040采集卡的硬件探測函數(shù)，該函數(shù)在VxBus初始化過程中檢測采集卡的數(shù)量，當檢測到采集卡時，將采集卡與驅動結合，形成設備的一個實例，以便應用程序使用。Pci204InstanceInit( )函數(shù)在VxBus初始化的第一階段被調用， Pci204InstanceInit( )函數(shù)只是簡單地確保設備的中斷被禁止。

當所有驅動在VxWorks注冊之后，hardWareInterFaceBusInit( )和hardWareInterFaceInit( ) 函數(shù)返回，sysHwInit( ) 完成非VxBus 驅動的初始化并返回。sysHwInit( ) 函數(shù)返回后，VxWorks內核被初始化。

3.1.2 內核自檢

在這個階段，內核在sysHwInit2( )中執(zhí)行，BSP調用Pci2040InstanceInit2( )函數(shù)[5]。在這個函數(shù)中，建立系統(tǒng)內存到設備空間的映射。關鍵部分代碼如下：

LOCAL void Pci204InstInit2(VXB_DEVICE_ID pDev)
　　{……
　　 for (i = 0; i VXB_MAXBARS; i++)
　　 {
　　 if (pDev->regBaseFlags[i] == VXB_REG_IO)
　　 break;
　　 }
　　 if (i == VXB_MAXBARS)
　　 return;
pDrvCtrl->Pci2040Bar = pDev->pRegBase[i];
　　 vxbRegMap (pDev, i, pDrvCtrl->Pci2040Handle);
//設備I/O映射到系統(tǒng)內存
　　 ……
　　 }

此時，完成內核服務初始化，并可以被驅動訪問。但是，中間層的服務仍然無效。

3.1.3 應用程序初始化驅動部分

　 在devInstanceInit2( )函數(shù)最后，創(chuàng)建用戶的運行任務，并完成設備驅動的初始化。在這個階段，Pci2040InstanceConnect( )函數(shù)被調用，完成最后的初始化工作，在這個函數(shù)中，主要是建立中斷與中斷服務程序的連接。

　至此，設備驅動的初始化完成。

3.2驅動程序的配置

　采用VxBus驅動的一個主要優(yōu)點是：設備的驅動程序可以被看成VxWorks 系統(tǒng)的一個組件，通過集成的Workbench開發(fā)環(huán)境來配置設備驅動。為了實現(xiàn)這一功能，開發(fā)的驅動需要增加一些額外的擴展文件。標準VxWorks設備驅動有一個最小的文件集,對于大多數(shù)VxWorks設備驅動，最小的設備驅動集要求有6個單獨的文件[6]。PCI2040數(shù)據(jù)采集卡需要有以下文件：

· 一個驅動源文件PCI2040.c,執(zhí)行驅動運行邏輯，包括PCI2040驅動的實現(xiàn)代碼。
· 一個組件描述文件PCI2040.cdf，允許集成驅動到VxWorks開發(fā)工具Workbench當中。
· 一個PCI2040.dc文件，提供驅動注冊函數(shù)原型。
· 一個PCI2040.dr文件,提供一個調用注冊函數(shù)的C語言代碼段。
· 一個readme文件 ,提供版本信息。
· 一個makefile 文件，提供建立驅動的編譯規(guī)則。

當上述文件在workbench環(huán)境下進行相應的配置后，PCI2040的設備驅動就會以組件的形式出現(xiàn)在開發(fā)工程的Kernel Configuration選項中，可以方便地進行PCI2040驅動配置。

4 應用程序與驅動的通信

為了使設備和驅動能夠在VxWorks系統(tǒng)中使用，讓應用程序、中間件、VxWorks內核模塊訪問設備，執(zhí)行一些操作，最基本的方法是在VxWorks中采用VxBus方法來實現(xiàn)硬件設備的訪問。VxBus方法是在驅動中公開一個入口，使VxBus中API函數(shù)可以調用這些入口函數(shù)。在PCI2040初始化階段，Pci2040Methods結構中注冊的函數(shù)就是在驅動中公開的函數(shù)，用于對PCI2040的操作。

例如，通過PCI2040 完成對DSP數(shù)據(jù)寄存器的訪問

struct vxbDriverControl ctrl;
vxbDevMethodRun(DEVMETHOD_CALL(ReadHPID),ctrl);

vxbDevMethodRun( )函數(shù)夠被用于調用一個指定的驅動方法，這個函數(shù)反復查找所有的實例，并檢查每一個，看是否有指定公開申明的方法，如果實例有指定的方法，vxbDevMethodRun( )調用方法函數(shù)。

為了避免重復遍歷在系統(tǒng)上的所有實例,可以用 vxbDevMethodGet( )函數(shù)找出驅動函數(shù)相對應的驅動方法 ，然后通過下面代碼完成函數(shù)調用。

STATUS (*methodFunc)(VXB_DEVICE_ID devID, void * pArg);
methodFunc = bDevMethodGet(devID,DEVMETHOD_CALL(ReadHPID));
if(methodFunc != NULL )
(*methodFunc)(devID, pArg);

在PCI2040的數(shù)據(jù)采集卡中，通常是DSP在采集完數(shù)據(jù)后，通過中斷通知主機，去讀取數(shù)據(jù)。下面是中斷服務相關代碼。

void PCI2040Isr()
{ ……
temp=*(PCI2040. instID.pRegister+0x4); //讀中斷寄存器
if((tempr0x1)!＝0) //檢查是否是該實例中斷
{ *(PCI2040. instID.pRegister +0x4)=0x1;
temp= *(PCI2040. instIDpDspHpicRegister);
*(PCI2040. instIDpDspHpicRegister)＝temp｜0x0808;
//通知DSP,清除HINT中斷
semGive(semForPci2040Int);
}
}
采用基于VxBus架構來開發(fā)PCI2040數(shù)據(jù)采集卡的驅動，通過擴展文件實現(xiàn)驅動的配置。與簡單的非VxBus驅動相比，顯然增加了工作量，然而對于基于多個BSP設備的復雜的驅動，VxBus驅動是優(yōu)于非VxBus驅動的。通過實際運用證明，所開發(fā)采集卡的驅動能夠穩(wěn)定運行,并且能很方便地將該驅動移植到其他的系統(tǒng)。