基于eCos的FLASH驅動(dòng)的分析與移植

0 引 言

嵌入式系統需要支持的外部設備種類(lèi)繁多，如何構造運行良好的嵌入式設備的驅動(dòng)程序，對嵌入式操作系統的實(shí)際應用有重要意義。eCos是一種源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌人式操作系統，對嵌入式應用具有良好的支持，內核專(zhuān)門(mén)設計了便于設備驅動(dòng)管理和開(kāi)發(fā)的I／O包和DEV包，開(kāi)發(fā)人員可以方便地將自己開(kāi)發(fā)的驅動(dòng)程序加入其中，與別的系統組件一起進(jìn)行配置。

1 系統目標板簡(jiǎn)介

硬件目標板是為無(wú)人機系統設計的系統開(kāi)發(fā)板，它是從Arca系統測試板經(jīng)過(guò)功能簡(jiǎn)化設計而來(lái)的滿(mǎn)足無(wú)人機系統要求的目標板。硬件目標板如圖1所示。

GT2000支持SRAM，FLASH，ROM，VLIO(靜態(tài)段支持可變等待時(shí)間I／O設備)和SDRAM(同步動(dòng)態(tài)RAM)等外部擴展存儲器。GT2000的外部地址空間是按體(bank)劃分的，有四個(gè)體屬于靜態(tài)存儲器區域，由引腳CS0～CS3選擇，在將FLASH，SRAM，VLIO(用作其他外設接口)等靜態(tài)I／O設備地址分別設計在CS0～CS2區域內，由GT2000內部的外部?jì)却嬖L(fǎng)問(wèn)接口(EMI)控制器中的靜態(tài)內存訪(fǎng)問(wèn)控制寄存器(SMCR)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)控制，分配地址訪(fǎng)問(wèn)接口。

系統目標板選用兩片Intel公司的TE28F320的FLASH(16位)并聯(lián)獲得32位總線(xiàn)寬度。Intel公司的TE28F320是32 Mb(2 M×16 b)多功能FLASH，2．7～3．6 V單電源供電，讀取時(shí)間為70 ns，封裝格式為48-Pin TSoP(12 mm×20 mm)或48-Ball TFB-GA，可被擦寫(xiě)10 000次。方舟的JTAG仿真器支持TE28F320 FLASH，可以通過(guò)JTAG接口進(jìn)行在線(xiàn)讀寫(xiě)和擦除，這給調試程序和硬件提供了方便。

FLASH的電路原理圖以及GT2000的引腳“DACK[2．．1]／MD_MEM[1．．0]”設置如圖2所示。


2 eCos驅動(dòng)程序的體系結構與驅動(dòng)程序設計模式

eCos操作系統的設備驅動(dòng)程序通常包含以下內容：提供一些底層函數，負責完成設備初始化與配置、注冊設備，從設備收發(fā)數據、控制設備、處理設備中斷等，并進(jìn)行設備管理。eCos操作系統內核支持設備驅動(dòng)程序的同步、計時(shí)、內存管理、緩沖區管理、設備名空間及資源管理等。

eCos系統的I／O包中包含了設備的驅動(dòng)程序接口模塊，全部是以組件的形式存在。設備驅動(dòng)程序模塊支持系統設計的分層結構。設備I／O包中的程序需要使用設備DEV包中的程序，而設備DEV包中的程序需要調用eCos的硬件抽象層包中的底層接口函數，如圖3所示。


2．1 設備驅動(dòng)程序用戶(hù)API

eCos為應用程序提供了一組用戶(hù)API函數，這些操作包括對設備進(jìn)行初始化和配置，獲取配置信息，對設備進(jìn)行讀寫(xiě)等。設備驅動(dòng)程序必須使用設備句柄進(jìn)行設備操作，通過(guò)cyg_io_lookup()函數把設備在系統中的惟一名字映射成設備句柄。

2．2 eCos驅動(dòng)程序與內核及HAL的接口

應用程序在使用設備的時(shí)候，通過(guò)驅動(dòng)程序的用戶(hù)API函數訪(fǎng)問(wèn)設備驅動(dòng)程序，設備驅動(dòng)程序又調用設備內核API函數與內核和硬件抽象層HAL進(jìn)行交互，設備驅動(dòng)程序和內核又通過(guò)硬件抽象層HAL對硬件平臺進(jìn)行操作。

eCos內核向設備驅動(dòng)程序提供調度、時(shí)鐘、同步、中斷等內核服務(wù)的支持。在某些嵌入式應用中，部分內核服務(wù)并不是必需的。在配置時(shí)不選擇Kernel包，設備驅動(dòng)程序的內核服務(wù)支持由硬件抽象層提供。

HAL包含所有與平臺相關(guān)的代碼，是eCos操作系統對硬件進(jìn)行的抽象定義，它直接控制和訪(fǎng)問(wèn)硬件，為eCos內核和高層代碼提供服務(wù)。

I／O包和DEV包構成了eCos驅動(dòng)程序的基本框架。設備驅動(dòng)程序一般分為三個(gè)部分，分別為設備表入口DEVTAB_ENTRY、設備I／O函數表DEVIO_TAB和設備I／O函數。I／O包提供抽象的設備操作支持，應用程序訪(fǎng)問(wèn)設備時(shí)使用邏輯設備名，每個(gè)設備都對應一個(gè)惟一的邏輯設備名。DEV包提供設備操作的底層實(shí)現，對硬件通過(guò)HAL直接操作。

eCos中的所有設備驅動(dòng)程序都使用設備表入口進(jìn)行描述。設備表入口使用宏DEVTAB_ENTRY()可以生成一個(gè)設備表入口數據結構。其中，_handlers指向DEVIO_TABLE入口函數。提供用戶(hù)應用程序的調用支持；_priv指向設備真正的硬件操作數據結構，提供硬件設備與上層軟件的交互。設備I／O入口宏定義如下：


2．3 設備驅動(dòng)程序的設計模式

一般來(lái)說(shuō)，eCos提供了三種驅動(dòng)程序設計模式。設備驅動(dòng)程序與內核和HAL之間的API接口主要對中斷以及中斷處理程序的ISR，DSR和線(xiàn)程的同步進(jìn)行控制和管理。eCos設備驅動(dòng)程序的中斷模塊分為三個(gè)層次，分別是中斷服務(wù)程序ISR，中斷滯后服務(wù)程序DSR和中斷線(xiàn)程。中斷服務(wù)程序ISR在響應中斷時(shí)立即調用，中斷滯后服務(wù)程序DSR由ISR發(fā)出調用請求后執行，中斷線(xiàn)程為驅動(dòng)程序的客戶(hù)程序。具體為硬件抽象層HAL對硬件中斷源譯碼，并在最短的時(shí)間內調用ISR中斷服務(wù)程序，ISR對硬件中斷可以立即處理，但限于與中斷線(xiàn)程交互較少的設備。大多數情況下，需要請求相應的中斷滯后服務(wù)程序DSR進(jìn)入線(xiàn)程調度運行，DSR將在ISR執行完成后立即運行。如果需要復雜的中斷服務(wù)則要用戶(hù)自己定義中斷線(xiàn)程。對于一個(gè)具有中斷的設備驅動(dòng)程序，必須提供ISR和DSR。

3 基于方舟開(kāi)發(fā)板的Inter FLASH驅動(dòng)程序分析與移植

3．1 Inter公司的TE28F320的FLASH芯片驅動(dòng)程序分柢

Inter FLASH驅動(dòng)程序FLASH_28fxxx．inl文件定義了FLASH設備低層的管理設備I／O函數，FLASH_28fxxx_parts．inl文件定義了FLASH設備邏輯信息。eCos系統I／O包使用DEVTAB_ENTRY()和DEVIO_TABLE()定義的_priv指針對FLASH設備低層I／O函數進(jìn)行調用。具體定義如下：


3．2 系統地址空間的分配方案。

當MMU內存管理單元的控制寄存器MCR．ATE為0時(shí)，地址映射方式變?yōu)橹苯佑成湮锢矸绞?，如圖4所示。

直接映射方式的映射關(guān)系是：在使用高速緩存方式時(shí)將虛擬地址A1區域(0x80000000~0xA0000000)映射到實(shí)際物理地址0x00000000～0x20000000的區域；根據目標開(kāi)發(fā)板的設計規范，系統的FLASH的物理地址從0x00000000開(kāi)始，系統設計編寫(xiě)程序時(shí)使用相應的虛擬地址空間為0x80000000～0x80FFFFFF。SRAM的物理地址從0x04000000開(kāi)始，使用相應的虛擬地址空間為0x84000000~0x84200000。

3．3 修改eCos硬件抽象層中FLASH和SRAM的配置信息以及FLASH設備驅動(dòng)程序

不同的兩塊開(kāi)發(fā)板所采用的芯片，特別是FLASH芯片有可能是不一樣的。由于為無(wú)人機專(zhuān)門(mén)設計開(kāi)發(fā)的目標板使用的是Inter公司的TE28F320的FLASH芯片，與Arca公司使用的FLASH驅動(dòng)程序不一樣，必須修改FLASH驅動(dòng)及FLASH和SRAM的配置信息。

(1)SRAM布局文件修改如下：


(3)FLASH驅動(dòng)程序FLASH_28fxxx．inl文件中的數據定義修改如下：


(4)修改平臺抽象層文件plf_hci．h文件

由于目標開(kāi)發(fā)板上沒(méi)有采用EEPROM和HCI(硬件配置接口)的方式存儲系統硬件信息，而是采用在eCos平臺抽象層中把開(kāi)發(fā)板上的硬件信息靜態(tài)存儲在文件中。在平臺抽象層文件plf_hci．h中修改如下：


4 驅動(dòng)測試

4．1 Redboot簡(jiǎn)介

Redboot是一個(gè)標準的嵌入式系統引導和Debug環(huán)境，是基于eCos的一個(gè)應用程序，使用eCos的硬件抽象層作為它的基礎。內含GDBstub，允許從應用程序調試的GDB宿主機鏈接目標平臺，通過(guò)串口或網(wǎng)口進(jìn)行調試。既可以用在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段(調試功能)，也可以用在最終的產(chǎn)品上。

4．2 系統測試結果

使用eCos圖形配置工具對修改好的eCos硬件抽象象層和FLASH設備驅動(dòng)程序進(jìn)行裁剪，并用串口進(jìn)行系統測試，通過(guò)minicom顯示Redboot運行的FLASH和SRAM地址結果如圖5所示。


5 結語(yǔ)

本文通過(guò)裁剪和移植FLASH驅動(dòng)程序到目標開(kāi)發(fā)板上，展示上具體的修改硬件抽象層和設備驅動(dòng)程序代碼方法。通過(guò)實(shí)際裁剪，配置一個(gè)具有實(shí)際應用價(jià)值的Redboot，對于嵌入式技術(shù)的學(xué)習和應用具有現實(shí)的意義。本文的難點(diǎn)在于eCos硬件抽象層和設備驅動(dòng)程序源代碼的理解和修改。