基于VxWorks的PCI總線(xiàn)多功能數據采集卡驅動(dòng)開(kāi)發(fā)

摘要：VxWorks是WindRiver(風(fēng)河)公司開(kāi)發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)，由于它的高實(shí)時(shí)性，所以廣泛地應用于軍事、工業(yè)控制、通信等領(lǐng)域；分析了Vxworks下PCI總線(xiàn)多功能數據采集卡的實(shí)現方法；以ADLINK的PCI7396數據采集卡為例，介紹PCI總線(xiàn)設備的配置空間，包括它的結構及訪(fǎng)問(wèn)方法，重點(diǎn)介紹PCI總線(xiàn)設備在VxWorks下驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)步驟及編程要點(diǎn)，并對開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵部分給予代碼說(shuō)明；在某綜合控制系統中，開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序運行穩定、可靠。
關(guān)鍵詞：VxWorks；PCI；數據采集卡；驅動(dòng)

VxWorks是一種高性能的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(RTOS)，它由WindRiver公司開(kāi)發(fā)，具有小巧的內核，可根據需要進(jìn)行裁減；它還獲得廣泛的硬件支持，像X86系列的CPU，Motorola 68K系列的CPU，Motorola／IBM Power PC等等；它還具有很高的可靠性和實(shí)時(shí)性，像美國登陸的火星探測器使用的就是VxWorks操作系統；它還有其它的很多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地使用在通信、軍事、航空、控制等高精尖技術(shù)以及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。
PCI總線(xiàn)由于其即插即用、獨立于微處理器、通用性好、具有很高的兼容性等等優(yōu)良的特點(diǎn)，使得它成為運用最廣泛的局部總線(xiàn)標準，而且具有很大的發(fā)展潛力。使它成為具有很好發(fā)展潛力的局部總線(xiàn)標。多功能數據采集卡在工業(yè)控制中有著(zhù)廣泛的運用，它是信號和嵌入式處理器的有效交互的工業(yè)控制系統中的重要環(huán)節，特別是它的中斷功能能提供很有效的實(shí)時(shí)性。在Vxworks下，一個(gè)重要的問(wèn)題就是如何開(kāi)發(fā)出高效率的數據采集卡驅動(dòng)，只有驅動(dòng)穩定了，才能使系統高效地運轉。文中結合Adlink公司的7396芯片，探討在VxWorks下基于PENTIUM CPU的PCI多功能數據采集卡的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)。

1 VxWorks下的設備驅動(dòng)程序
1．1 VxWorks下的I／O系統
I／O系統全稱(chēng)為(Input／Output)輸入輸出系統，在VxWorks系統中，I／O系統向用戶(hù)屏蔽了硬件層，為用戶(hù)提供了一個(gè)統一的標準接口，使得應用層的用戶(hù)只要了解I／O系統的標準接口使用方法，就可以正確地操作外部設備。I／O系統為設備提供了7個(gè)標準的I／O接口函數：creat(．．．)、delete(．．．)、open(．．．)、close(．．．)、read(．．．)、write(．．．)、ioctl(．．．)。驅動(dòng)程序設計者只要根據實(shí)際項目、工程的需要設計完成相應功能的接口函數，然后在使用時(shí)I／O系統就可以把應用程序的I／O請求轉發(fā)給相應的設計好的設備驅動(dòng)程序進(jìn)行處理。在VxWorks系統中I／O系統是通過(guò)維護文件描述符表、設備描述符表和驅動(dòng)程序列表這3張表格來(lái)實(shí)現對驅動(dòng)程序的管理的。
1．2 VxWorks設備驅動(dòng)程序的分類(lèi)
在Vxworks系統中，輸入／輸出設備從宏觀(guān)上分為3種類(lèi)型：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡(luò )設備。依據設備的類(lèi)型，VxWorks下設備驅動(dòng)程序的管理也被劃分成3種模塊：字符設備驅動(dòng)程序模塊、塊設備驅動(dòng)程序模塊、網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序模塊。從架構上說(shuō)，字符設備驅動(dòng)程序的實(shí)現相對來(lái)說(shuō)是最簡(jiǎn)單的，它向上只是與I／O系統接口，所以只需要提供內個(gè)接口就可以了。塊設備驅動(dòng)程序相對于字符設備來(lái)說(shuō)相對的復雜，它還要與中間的文件系統相連，為文件系統提供服務(wù)，塊設備的最大特點(diǎn)就是以“塊”為單位進(jìn)行操作，在讀取其中的數據時(shí)，必須將所在塊的數據完全讀出。網(wǎng)絡(luò )設備則提供了另外的接口，相對于字符設備和塊設備來(lái)說(shuō)，處于相對底層，這是由網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的復雜性決定的。為了更好地支持網(wǎng)絡(luò )設備，VxWorks在網(wǎng)絡(luò )協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序之間增加了MUX接口。
1．3 驅動(dòng)程序和I／O系統
驅動(dòng)程序的結構包括3個(gè)部分：初始化部分，函數功能部分和中斷服務(wù)程序ISR。初始化部分主要是初始化硬件，分配硬件所需要的系統資源。函數功能主要是根據實(shí)際的需要，完成系統指定的功能。中斷服務(wù)程序主要是響應外部中斷，使系統能夠快速地對外部交互作出反應，由于中斷服務(wù)程序要求盡可能地反應快，所以中斷服務(wù)程序應該盡可能簡(jiǎn)單。

VxWorks中設備驅動(dòng)程序與I／O系統的關(guān)系非常簡(jiǎn)單。對于塊設備來(lái)說(shuō)，應用程序通過(guò)I／O系統訪(fǎng)問(wèn)文件系統，而后由文件系統調用驅動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)設備。而其它的非塊設備則是I／O系統直接調用驅動(dòng)程序訪(fǎng)問(wèn)設備。圖1顯示了應用程序、I／O系統和設備驅動(dòng)程序之間的關(guān)系。