基于MPC8313E和FPGA的雙口RAM驅動(dòng)開(kāi)發(fā)

摘要 以MPC8313E芯片為平臺，介紹了一個(gè)基于嵌入式Linux探作系統的雙口RAM設備驅動(dòng)。通過(guò)該設備驅動(dòng)搭建Linux服務(wù)器，利用緩存技術(shù)實(shí)時(shí)讀取FPGA雙口RAM數據，最終實(shí)現將海量圖像數據高速上傳至PC端。
關(guān)鍵詞 嵌入式系統；Linux設備驅動(dòng)；雙口RAM

在眾多操作系統中，Linux操作系統以其獨有開(kāi)放性和靈活性成為重要的系統之一，因而開(kāi)發(fā)Linux設備驅動(dòng)具有重要意義。Linux設備驅動(dòng)是在Linux內核下硬件設備和上層應用程序的紐帶，使得應用程序只需調用系統軟件的應用程序編程接口(API)就可以完成對硬件設備的操作。作為一個(gè)橋梁，其在實(shí)現具體功能的過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要的作用，接口豐富的驅動(dòng)，設備程序對工程的開(kāi)發(fā)有著(zhù)重要的意義。Linux對所有連接在系統上的設備都會(huì )使用一個(gè)設備驅動(dòng)程序，這個(gè)基本設備驅動(dòng)指令成為了內核的一部分。通過(guò)使用設備驅動(dòng)程序文件，設備對系統來(lái)說(shuō)變成了一個(gè)可以尋址、重定向并通過(guò)管道符導向的普通文件。

1 雙口RAM讀寫(xiě)設備驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)背景
在基于MPC8313E的大容量視頻存儲系統中，系統需要實(shí)現通過(guò)千兆以太網(wǎng)接口與上位機進(jìn)行通信，按上位機發(fā)送的命令解析后送給FPGA，進(jìn)而通過(guò)FPGA發(fā)出的曝光脈沖控制高速相機MC1362工作。當存儲任務(wù)完成后，FPGA將存儲陣列中的數據讀入雙口RAM并傳至MPC8313E中，Linux端服務(wù)器利用千兆以太網(wǎng)接口將數據上傳到上位機中，由上位機完成圖像還原。
在構造大容量高速上傳通道的過(guò)程中，系統采用飛思卡爾MPC8313E芯片，該芯片有兩個(gè)增強型三速(10／100／1 000 Mbit·s-1)以太網(wǎng)控制器，支持IEEES02．3協(xié)議，同時(shí)該芯片還支持16／32位的DDR SDRAM數據接口，最高支持333 MHz的數據頻率，512 MB可尋址空間以及4個(gè)直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)通道，可以滿(mǎn)足系統設計要求。該驅動(dòng)設備主要實(shí)現從FPGA雙口RAM中乒乓讀取圖像數據信息，利用掛載在MPC8313E總線(xiàn)上的FPGA完成數據上傳，同時(shí)也需要解析上位機命令后傳遞給FPGA。

2 Linux驅動(dòng)模塊的程序設計基礎
在Linux／μClinux的框架結構中，和設備相關(guān)的處理可以分為兩個(gè)層次：文件系統層和設備驅動(dòng)層。設備驅動(dòng)層屏蔽具體設備細節，文件系統層則向用戶(hù)提供一組統一、規范的用戶(hù)接口。這種設備管理方法可以很好地做到“設備無(wú)關(guān)性”，使Linux可以根據硬件外設的發(fā)展進(jìn)行擴展。

Linux系統允許內核以模塊的方式加載設備，這大幅提高了Linux設備結構的多樣性，同時(shí)可以通過(guò)裁剪內核減少系統不必要的開(kāi)支，提高工作效率。一般情況下，Linux內核的驅動(dòng)模塊通常只實(shí)現一個(gè)驅動(dòng)程序，因此它可以分類(lèi)，在Linux操作系統中有3類(lèi)主要的設備文件系統：塊設備、字符設備和網(wǎng)絡(luò )設備。
字符設備：可以像文件一樣訪(fǎng)問(wèn)字符設備，這樣的驅動(dòng)程序通常會(huì )實(shí)現如open、close、read和write系統調用。
塊設備：是文件系統的宿主。Linux允許像字符設備一樣讀取塊設備，允許一次傳輸任意數量的字節。結果塊設備與字符設備只在蔭核內部的管理上有所區別，即在內核／驅動(dòng)的軟件接口上有所區別。
網(wǎng)絡(luò )設備：任何網(wǎng)絡(luò )設備都是通過(guò)接口實(shí)現的，既可以和其他宿主交換數據設備。通常情況下，接口是一個(gè)硬件設備，但也可以像look back(回路)接口一樣是軟件工具。網(wǎng)絡(luò )設備面向網(wǎng)絡(luò )協(xié)議而不是文件系統層。