Vxworks嵌入式操作系統下網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序設計

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摘　要：本文主要介紹在Vxworks操作系統下網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序設計、調試方法以及將其加入系統內核的配置方法。

關(guān)鍵詞：Vxworks 嵌入式操作系統 網(wǎng)絡(luò )設備

引 言
　　VxWorks操作系統是美國WindRiver公司于1983年設計開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統（RTOS），是嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續發(fā)展能力、高性能的內核以及友好的用戶(hù)開(kāi)發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統領(lǐng)域占據一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。
　　

1 嵌入式系統
　　嵌入式系統是以嵌入式計算機為技術(shù)核心，面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品、面向應用，軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。和通用計算機不同，嵌入式系統是針對具體應用的專(zhuān)用系統，目的就是要把一切變得更簡(jiǎn)單、更方便、更普遍、更適用；它的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現更高的性能。

　　嵌入式系統主要由嵌入式處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及特定的應用程序等四部分組成，是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”；用于實(shí)現對其它設備的控制、監視或管理等功能。

　　嵌入式系統應具有的特點(diǎn)是：要求高可靠性；在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統仍然能夠正常工作；許多嵌入式應用要求實(shí)時(shí)處理能力，這就要求嵌入式操作系統(EOS)具有實(shí)時(shí)處理能力；嵌入式系統中的軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說(shuō)軟件要求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤(pán)等載體中。

2 設備驅動(dòng)程序

Vxworks5.4中驅動(dòng)程序主要分為三種：字符、塊以及網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序。本文所介紹的網(wǎng)卡驅動(dòng)程序則屬于網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序。

2.1 網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序設計

網(wǎng)絡(luò )的各功能部件圖1所示，網(wǎng)絡(luò )設備驅動(dòng)程序實(shí)際上是處理硬件和上層協(xié)議之間的接口程序。網(wǎng)絡(luò )傳輸協(xié)議層分發(fā)數據在應用程序接口和網(wǎng)絡(luò )接口之間。網(wǎng)絡(luò )化網(wǎng)絡(luò )協(xié)議（如IP協(xié)議）發(fā)送數據在網(wǎng)絡(luò )主機之間。連接/接口層使能主機隸屬于硬件到相同物理媒質(zhì)的通信。

在Vxworks5.4中，網(wǎng)卡驅動(dòng)程序又分為END（Enhanced Network Driver）和BSD兩種。它們分別處于如圖2所示結構中。

2.1.1 BSD驅動(dòng)程序設計

在Vxworks5.4中，網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序都是基于BSD UNIX版本4.3基礎上的，這些驅動(dòng)程序都定義在一個(gè)全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5個(gè)函數指針，它們都被映射到ifnet結構中，這5個(gè)函數可見(jiàn)表1，它們在IP協(xié)議層任何地方被調用。

表1 網(wǎng)絡(luò )接口處理

驅動(dòng)程序入口xxattach( )調用ether_attach( )來(lái)把上述5個(gè)函數映射到ifnet結構中，ether_attach( )調用如下：

ether_attach(
(IFNET *) pDrvCtrl->idr,
unit,
"xx",
(FUNCPTR) NULL,
(FUNCPTR) xxIoctl,
(FUNCPTR) ether_output( ), /* generic ether_output */
(FUNCPTR) xxReset
);
pDrvCtrl->idr.ac_if.if_start = (FUNCPTR)xxTxStartup;
上述參數中，需要一個(gè)接口數據記錄（Interface Data Record (idr)），unit號和設備名，下面四個(gè)參數就是相關(guān)驅動(dòng)程序的函數指針。第一個(gè)函數指針指的是init( )例程，這個(gè)例程可要可不要，第二個(gè)函數指針指的是ioctl( )接口，它允許上層來(lái)控制設備狀態(tài)；第三個(gè)函數指針指的是把數據包送到物理層；最后一個(gè)函數指針指的是如果TCP/IP堆棧決定需要復位的話(huà)，它就復位這個(gè)設備。

接著(zhù)下面那一句代碼表示添加數據傳輸例程到IDR，ether_output( )例程被調用后，傳輸開(kāi)始例程就被TCP/IP協(xié)議堆棧調用。

在這個(gè)入口驅動(dòng)程序中還包括設備的初始化、發(fā)送和接收描述符的初始化等。

2.1.2 END驅動(dòng)程序設計

END驅動(dòng)程序是基于MUX模式，網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序被劃分為協(xié)議組件和硬件組件。MUX數據鏈路層和網(wǎng)絡(luò )層之間的接口，它管理網(wǎng)絡(luò )協(xié)議接口和低層硬件接口之間的交互；將硬件從網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的細節中隔離出來(lái)；刪除使用輸入鉤例程來(lái)過(guò)濾接收從協(xié)議來(lái)的數據包，和刪除了使用輸出鉤例程來(lái)過(guò)濾協(xié)議包的發(fā)送；并且鏈路層上的驅動(dòng)程序需要訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )層（IP或其他協(xié)議）時(shí)，也會(huì )調用相關(guān)的MUX例程。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò )層協(xié)議和數據鏈路層驅動(dòng)程序不能直接通訊，它們必須通過(guò)MUX。如圖3所示：

2.3將驅動(dòng)程序加載到Vxworks系統中

要對所設計的驅動(dòng)程序進(jìn)行測試，首先就必須把驅動(dòng)程序加載到Vxworks IMAGE中，并且給設備分配一個(gè)IP，這樣才能有利于網(wǎng)間測試。

首先，修改configNet.h文件，添加如下代碼：

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#define DM_9102_BUFF_LOAN_0 1

#define DM_9102_LOAD_FUNC sysDm9102EndLoad

#define DM_9102_LOAD_STR_0 ""

IMPORT END_OBJ * DM_9102_LOAD_FUNC (char *, void *);

和END_TBL_ENTRY endDevTbl [] 中添加

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

{0, DM_9102_LOAD_FUNC, DM_9102_LOAD_STR_0, TRUE, NULL, FALSE},

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

其次，編輯config.h文件，添加如下代碼：

#define INCLUDE_DM_9102_END /* Davicom 9102 Fast Ethernet Controller */

最后，編輯sysLib.c文件，添加如下代碼：

/* include dm9102 End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

IMPORT STATUS sysDm9102PciInit (void);

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

/* include dm9102End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#include "sysDm9102End.c"

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

sysDm9102PciInit ();

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

通過(guò)上述過(guò)程相應的添加程序，然后重新編譯Vxworks，這樣就將所設計的網(wǎng)卡驅動(dòng)程序添加到Vxworks內核中了。

2.4 PCI設備檢測

如果所設計的網(wǎng)卡是基于PCI總線(xiàn)的，那么在程序開(kāi)始就需要對PCI設備進(jìn)行檢測，在Vxworks5.4中有專(zhuān)門(mén)的PCI函數來(lái)檢測設備的總線(xiàn)號、設備號和功能號。首先利用pciFindDevice( )函數對給定VendorID和DeviceID的設備進(jìn)行檢測，檢測完后同時(shí)給出了設備的總線(xiàn)號、設備號和功能號；接下來(lái)就是獲得該設備的中斷號、基地址（包括IO和內存）。Vxworks中pciConfigLib.h文件中定義PCI總線(xiàn)的常量。如中斷號：PCI_CFG_BRG_INT_LINE，IO基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_0，內存基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_1等等。所以利用函數pciConfigInByte和pciConfigInLong就可以很容易地獲得設備的中斷號和基地址。

2.5 調試方法

為了方便調試網(wǎng)卡驅動(dòng)程序，推薦利用串口對程序進(jìn)行下載并將Vxworks image拷貝到軟盤(pán)中以從軟盤(pán)來(lái)加載它。調試的時(shí)候首先應該給網(wǎng)卡分配一個(gè)IP（利用usrNetIfConfig函數），然后利用ping來(lái)對網(wǎng)卡進(jìn)行測試。

3 結語(yǔ)

　　利用上述方法所設計的網(wǎng)卡后，不久可以利用它來(lái)進(jìn)行程序下載，而且能滿(mǎn)足網(wǎng)卡所有的功能，包括對TCP/IP和UDP/IP（組播、廣播和單播）進(jìn)行了測試。