VxWorks串口驅動(dòng)的研究與實(shí)現

摘要： 本文以基于A(yíng)RM7TDMI內核的S3C44B0X芯片的串口驅動(dòng)為例，分析了 VxWorks串口驅動(dòng)的層次和機理，研究了tty驅動(dòng)和底層SCC驅動(dòng)的工作原理。結合S3C44B0X芯片的串口驅動(dòng)程序，給出了VxWorks串口驅動(dòng)程序設計方法和注意事項。

關(guān)鍵詞： VxWorks；串口驅動(dòng)；tty設備

引言

VxWorks的程序開(kāi)發(fā)者經(jīng)常需要解決串口驅動(dòng)問(wèn)題，這是BSP和上層應用程序開(kāi)發(fā)必不可少的基本步驟，特別是對于板級支持包(BSP)和上層應用程序的開(kāi)發(fā)，掌握串口驅動(dòng)的原理和開(kāi)發(fā)串口驅動(dòng)程序就顯得尤為重要。VxWorks串口通信由串行通信控制器SCC(Serial Communication Controller)控制，和標準I/O庫通信的是tty驅動(dòng)，再由tty驅動(dòng)和底層SCC驅動(dòng)通信。本文研究VxWorks串口驅動(dòng)特性，并以S3C44B0X為例，給出開(kāi)發(fā)VxWorks串口驅動(dòng)的步驟和實(shí)現方法。

串口設備層次與tty驅動(dòng)

串口的層次

VxWorks串行設備的層次采用了3層抽象的軟件結構：標準I/O庫(ioLib)－>tty庫(ttyDrv/tyLib)—>底層SCC驅動(dòng)(xxDrv)，如圖1所示。從圖中可看出串行設備的驅動(dòng)xxDrv并不是直接和I/O system交互的，中間存在一個(gè)ttyDrv(包括tyLib)。實(shí)際上，內核啟動(dòng)時(shí)在驅動(dòng)程序表中安裝的不是xxDrv的函數，而是ttyDrv/tyLib提供的函數。串口tty驅動(dòng)(ttyDrv/tyLib)使I/O系統獨立于具體SCC驅動(dòng)，保證了代碼可復用和統一界面。SCC驅動(dòng)(xxDrv/yyDrv)處理和底層硬件有關(guān)的部分。因此，在編寫(xiě)串口驅動(dòng)時(shí)需要了解串口tty驅動(dòng)的原理以及串口輸入輸出過(guò)程。在此基礎上，根據VxWorks的程序執行流程和具體的MCU芯片的特點(diǎn)，修改底層SCC驅動(dòng)代碼。

圖1 VxWorks串口軟件結構

串口tty驅動(dòng)

創(chuàng )建tty設備包括驅動(dòng)程序初始化和創(chuàng )建設備兩步，這兩步都在usrRoot()中完成。創(chuàng )建完tty設備后，用戶(hù)可以調用ioLib中的write()、read()函數對串口進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。

*驅動(dòng)程序初始化
初始化ttyDrv()函數是一個(gè)虛擬的驅動(dòng)，既管理著(zhù)和I/O的交互，又管理著(zhù)和底層硬件驅動(dòng)的交互。它調用iosDrvInstall( )將ttyDrv和tyLib中的函數安裝到系統的驅動(dòng)程序表中。ttyDrv負責著(zhù)ttyOpen、ttyIoctl的接入，而tyLib負責著(zhù)tyRead、tyWrite的接入。

*創(chuàng )建設備
創(chuàng )建設備函數ttyDevCreate()主要分配并初始化設備描述結構，調用tyDevInit( )進(jìn)行tyLib庫初始化，初始化selectLib()，創(chuàng )建輸入輸出環(huán)形緩沖，創(chuàng )建信號量，調用iosDevAdd()加設備到設備列表，以中斷方式啟動(dòng)串口通道。它還進(jìn)行的另一個(gè)重要操作是安裝了tyLib設備提供的輸入輸出回調函數tyITx()和tyIRd()，以便給底層SCC驅動(dòng)負責調用。

*tty輸入輸出
當tty設備創(chuàng )建后，用open()打開(kāi)相應的串口，open函數返回的文件句柄就是設備的標識fd，依據串口打開(kāi)時(shí)的讀、寫(xiě)標志，可以對串口進(jìn)行讀、寫(xiě)操作。用戶(hù)程序的基本I/O讀寫(xiě)請求由tyLib的tyWrite( )和tyRead( )實(shí)現，這兩個(gè)函數在ttyDrv( )初始化tty時(shí)安裝到驅動(dòng)程序表中，如圖2所示。

圖2 VxWorks輸入輸出

底層SCC驅動(dòng)—S3C44B0X串口驅動(dòng)的實(shí)現

VxWorks串口驅動(dòng)的編寫(xiě)主要集中在target/config/bsname/目錄下的sysLib.c、sysSerial.c、s3c44b0xsio.c、config.h，target/config/all等文件。編寫(xiě)串口驅動(dòng)主要需要做以下幾個(gè)方面的工作。

設備初始化

確定系統要支持的串行通道的個(gè)數，初始化數據結構XX_CHAN，編寫(xiě)SCC初始化代碼(對處理器串行I/O端口的初始化，RESET串口控制器)。

(1) 定義系統中串口驅動(dòng)相關(guān)的參數：具體在config.h 中定義。
#define INCLUDE_TTY_DEV                          /* 定義tty設備*/
#define INCLUDE_SERIAL                            /* 定義串口*/
#define NUM_TTY                 N_SIO_CHANNELS   /*定義串口通道數*/
#define CONSOLE_TTY            0              /*作為控制臺的通道為COM0*/
#define CONSOLE_BAUD_RATE    115200            /*設定控制臺串口波特率*/
如果系統還定義串口為WDB連接下載通道，還要進(jìn)行如下的相關(guān)配置：
#define WDB_COMM_TYPE         WDB_COMM_SERIAL /* WDB為串口模式 */
#define WDB_TTY_CHANNEL       1               /*WDB下載通道COM1  */
#define WDB_TTY_BAUD          115200         /* WDB連接通道的串口波特率*/
#define WDB_TTY_DEV_NAME     "/tyCo/1"    /*定義WBD通道在tty中的設備名*/

(2) 初始化數據結構：編寫(xiě)串行設備根據具體的串行設備定義自己的設備描述符xx_ DEV 結構。對于串行設備具體的成員主要是一個(gè)S3C44B0_CHAN結構, 表示設備的通道。

(3)SCC初始化代碼：SCC驅動(dòng)分兩步如圖3所示，描述了VxWorks中有關(guān)串口初始化的順序，其中ttyDrv( )及ttyDevCreate( )涉及的I/O系統提供的一般化代碼，不需要修改。用戶(hù)需要修改的是涉及S3C44B0X芯片的串口數據結構devParas[ ], 設置USART發(fā)送接收的中斷號、向量號、寄存器基地址等。

圖3 VxWorks串口初始化過(guò)程

系統在內核啟動(dòng)之前，在usrInit( )中進(jìn)行第一步初始化后，串口SCC被復位，禁止中斷，串口能通過(guò)查詢(xún)方式訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現系統級調試如下。

sysHwInit()：處理器I/O端口的初始化，在sysHwInit ()函數中調用portInit()函數設置相應的串行I/O端口;需要注意的是對S3C44B0X芯片而言partB和partF都有一位對UART2的設置選項，只能選其一設成選擇UART2端，否則將無(wú)法用WDB下載VxWorks映像。

s3c44b0DevInit()：初始化串口功能指針pChan->sio.pDrvFuncs = &s3c44b0SioDrvFuncs；再對串口芯片的ULCON、UFCON、UMCON進(jìn)行設定采用8位數據、禁止FIFO和AFC；調用s3c44b0Ioctl()選擇串口通訊模式為輪詢(xún)方式，并初始化波特率。系統激活內核之后，在根任務(wù)usrRoot( )中進(jìn)行第二步初始化，使串口可以以中斷方式實(shí)現對tty庫的底層支持。

sysHwInit2()：調用intLibInit初始化intVecTable; s3c44b0DevInit( )初始化中斷驅動(dòng),調用intConnect()將sysClkInt()、sysAuxClkInt()的入口地址寫(xiě)入intVecTable, sysSerialHwInit2()函數連接串口中斷。

sysSerialHwInit2()：通過(guò)intConnect()把串口的中斷處理程序s3c44b0xIntTx、s3c44b0xIntRcv連接到相應的中斷向量；由intEnable()開(kāi)啟兩個(gè)中斷；調用s3c44b0xDevInit2()對_UCON寄存器賦值完成對串口的最終配置由輪詢(xún)模式轉換為中斷模式。

編寫(xiě)設備中斷服務(wù)程序(ISR)

串口中斷處理是當有數據發(fā)送、接收時(shí)，硬件產(chǎn)生中斷，然后執行相應的中斷服務(wù)程序進(jìn)行處理，這樣CPU不必像輪詢(xún)方式那樣花費大量的時(shí)間查詢(xún)外部設備的工作狀態(tài)，有效的提高CPU的使用效率并使系統具有較高的實(shí)時(shí)性能。這里主要編寫(xiě)與中斷處理相關(guān)的數據輸入輸出部分中斷處理的驅動(dòng)程序。發(fā)送數據部分的驅動(dòng)是一個(gè)啟動(dòng)發(fā)送的函數s3c44b0xTxStartup()和一個(gè)發(fā)送輸出中斷的ISRs3c44b0xTxInt()。

① s3c44b0xTxStrartup()當用戶(hù)要向設備寫(xiě)數據時(shí), 就調用了tyWrite。tyWrite將數據寫(xiě)入到數據輸出環(huán)后, 調用s3c44b0xTxStrartup()啟動(dòng)設備的數據發(fā)送。這里只需向串口緩沖區寫(xiě)入一個(gè)字節，然后開(kāi)啟發(fā)送中斷；后續字節又發(fā)送中斷處理程序來(lái)處理。

② s3c44b0xTxInt()在中斷模式下，當設備輸出完畢后, 設備就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)中斷表示可以接收下一個(gè)字符, 這時(shí)調用中斷處理程序s3c44b0xTxInt()來(lái)完成剩下的數據發(fā)送工作。

接收數據部分的驅動(dòng)與輸出驅動(dòng)類(lèi)似由一個(gè)s3c44b0xRxInt()組成。該中斷處理函數在收到數據時(shí)，向寄存器的數據通過(guò)回調函數寫(xiě)入驅動(dòng)程序的環(huán)形緩沖區中。通過(guò)上述的工作就可以完成對VxWorks串口驅動(dòng)程序的編寫(xiě)。

結語(yǔ)

對于VxWorks串口驅動(dòng)開(kāi)發(fā)而言，應當注意以下問(wèn)題：掌握VxWorks的啟動(dòng)流程和I/O系統層次與組織結構；要對硬件環(huán)境的物理地址、寄存器地址及其含義清楚；理解串口設備的軟硬件工作原理。在串口調試過(guò)程中的主要問(wèn)題一般集中在起始時(shí)I/O端口進(jìn)行初始化是否正確，對串口設備寄存器的值設置是否符合軟件要求、能否正常使硬件工作，連接ISR程序以及中斷優(yōu)先級的設置和中段處理函數的編寫(xiě)。

參考文獻：

1. Wind River Inc.Tornado BSP Developer's Kit for VxWorks User's Guide［P］.Tornado 2.0.Edition 1.1999
2. Wind River Inc. VxWorks BSP Reference ［P］. Tornado 2.2.Edition 1.2000
3. 周啟平. VxWorks下設備驅動(dòng)程序及BSP開(kāi)發(fā)指南 [M]. 中國電力出版社 . 2004.9
4. 陳智育. VxWorks程序程序開(kāi)發(fā)實(shí)踐［M］.北京：人民郵電出版社，2004.5