以u(píng)Clinux為背景,介紹中斷驅(qū)動(dòng)的I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)的開(kāi)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(shí)，嵌入式應(yīng)用也變得越來(lái)越復(fù)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(lái)支撐自己的應(yīng)用。uClinux作為類(lèi)Unix操作系統(tǒng)，繼承了Linux的各種優(yōu)秀的品質(zhì)，成為首選的嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

為自己的設(shè)備在操作系統(tǒng)下添加驅(qū)動(dòng)程序，是嵌入式設(shè)計(jì)必不可少的部分。針對(duì)不同的設(shè)備類(lèi)型，選擇合適的驅(qū)動(dòng)程序的模式，同樣也是十分重要的。通常的設(shè)備驅(qū)動(dòng)采用直接I/O的方式，如存儲(chǔ)器、看門(mén)狗等;而對(duì)于象網(wǎng)絡(luò)這樣的數(shù)據(jù)流設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，則應(yīng)該用到中斷機(jī)制。

本文以u(píng)Clinux為背景，以一種數(shù)據(jù)流設(shè)備為目標(biāo)，介紹中斷驅(qū)動(dòng)的I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)。

1 應(yīng)用背景

1.1 硬件描述

本文介紹的驅(qū)動(dòng)程序是應(yīng)用在一種電信E1線路和以太網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備上的。它是旁路接收E1數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到以太網(wǎng)的某一臺(tái)服務(wù)器上，在服務(wù)器上對(duì)E1的話路和信令時(shí)隙分析。

該設(shè)備中的處理器是采用三星公司出品的網(wǎng)絡(luò)型ARM處理器S3C4510B。E1線路接口采用Dallas半導(dǎo)體公司的專用El接口單元（LIU）芯片 DS2148，它完成波形整理、時(shí)鐘恢復(fù)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(guò)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(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)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(qū)動(dòng)程序中斷機(jī)制的設(shè)計(jì)。

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(nèi)FIFO的結(jié)構(gòu)

在FPGA內(nèi)部設(shè)置了兩個(gè)FIFO。為了防止ARM和FPGA操作的沖突，ARM和FPGA對(duì)兩個(gè)FIFO操作采用乒乓方式，這樣ARM和FPGA就可以同時(shí)操作不同的FIFO，而不需要等待。FIFO的大小是4096位，能容納一個(gè)E1復(fù)幀的數(shù)據(jù)量。當(dāng)FPGA將一個(gè)FIFO填滿后，會(huì)用中斷的方式通知ARM來(lái)讀FIFO，同時(shí)FPGA會(huì)置內(nèi)部的F1FO狀態(tài)寄存器。 FIFO）狀態(tài)寄存器命名為fpga_imf，是一個(gè)32位的寄存器，用其中某幾位置“l(fā)”，表示對(duì)應(yīng)的FIFO需要讀取。

2 軟件設(shè)計(jì)

中斷驅(qū)動(dòng)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(nèi)，并由讀取該設(shè)備的進(jìn)程取走緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù);輸出緩沖區(qū)由寫(xiě)設(shè)備的進(jìn)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(diào)用分離開(kāi)來(lái)，提高系統(tǒng)的整體性能。下面是uCllnux下的中斷程序的設(shè)計(jì)。

2.1 uClinux下的中斷程序

在uClinux系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)用下面這個(gè)函數(shù)向系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)中斷通道（或中斷請(qǐng)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(hào)。在本系統(tǒng)中它對(duì)應(yīng)于S3C4510B的21個(gè)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(gè)與中斷管理有關(guān)的各種選項(xiàng)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(hào)線。函數(shù)的返回值為O時(shí)表示成功，或者返回一個(gè)負(fù)的錯(cuò)誤碼。函數(shù)返回一EBUJSY通知另一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)使用了要申請(qǐng)的中斷信號(hào)線。下面是FPGA的設(shè)備中斷申請(qǐng)函數(shù)。這個(gè)函數(shù)是在驅(qū)動(dòng)中的fpga_open函數(shù)中被調(diào)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(qǐng)了中斷通道后，系統(tǒng)會(huì)響應(yīng)外部中斷0，而進(jìn)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(chǎn)生新的中斷。在uClinux系統(tǒng)中是調(diào)用下面的宏來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

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