VxWorks下PC104CAN驱动程序设计Word文件下载.docx
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内存映射方式可以访问较大的地址空间并且指令丰富,便于实现快速交换数据。
本文讨论的CAN卡采用存映射模式工作,与486DX接口是104总线,它与ISA总线兼容。
对于IntelX86体系的CPU,ISA可以映射的空间为0xC8000~0xEFFFF。
使用比较器和地址选择开关组成可选端口地址译码电路,通过开关选通内存映射基地址(C8000H、C9000H、CA000H、…、EF000H),以避免与其它器件冲突。
CAN偏移地址分配如下:
00~FFHSJA1000的寄存器;
100H~1FFH对该范围内的任意地址进行写操作,均可导致CAN硬件复位。
SJA1000的INT引脚通过跳线选择IRQ3~7、IRQ9~12或IRQ15中的一个,避免与其它的适配卡冲突。
3PC/104-CAN适配卡驱动实现
3.1VxWorks驱动概述
VxWorks操作系统有两种方式实现驱动。
第一种方式是,把设备驱动程序作为独立任务实现,直接在顶层任务中实现硬件操作,完成特有专用的驱动程序。
第二种方式是,VxWorks的I/O系统将设备程序作为内核过程实现。
这种方式便于实现I/O子系统的层次模型,便于文件系统一起把设备作为特殊文件处理,提供统一的管理、统一的界面和统一的使用方法,并把设备、文件及网络通信组织成为一致的更高层次的抽象,为用户提供统一的系统服务和用户接口。
我们和这种驱动方式。
作为I/O系统和硬件设备之间的连接层,VxWorks驱动就是屏蔽硬件操作,为I/O系统提供服务。
实现一个完整的驱动,必须了解VxWorks下I/O的三个基本元素:
File、Driver和Dervice。
File是为用户提供访问设备的统一接口;
Driver是实现具体的基本控制函数,也就是实现I/O系统所需要的接口;
而Device则是一个抽象的硬件设备,是一系列的结构体、变量和宏定义对实际物理设备的定义。
一般而言,实现一个驱动应该有三个基本的步骤:
①用编程语言完成对实际物理设备的抽象;
②完成系统所需要的各类接口及自身的特殊接口;
③将驱动集成到操作系统中。
之后还有一些调试工作。
3.2VxWorksI/O系统驱动程序框架
VxWorks为各种设备(包括字符设备、块设备、虚拟设备及网络设备)提供统一的访问接口,包括七种基本的I/O函数:
open(filename、flags、mode),create(filename、flags),read(fd、&
buf、nBytes),write(fd、&
buf、nBytes),ioctl(fd、command、arg),close(fd)及remove(filename)。
I/O系统所起的作用就是,把用户请求分配到与设备对应的驱动例程中去。
VxWorks系统中有一个驱动程序列表,其形式如表1所列。
表1设备驱动列表(调试时可利用iosDrvShow()查看)
驱动号码
create
remove
open
close
read
write
ioctl
1
2
caOpen
NULL
caClose
caRead
caWrite
caIoctl
I/O系统的可动态调用iosDrvInstall()函数将设备的驱动例程(即XXOpen()、XXClose()、XXRead()等)加入到设备驱动列表中,如图2所示。
同样,系统中有一个设备列表,每个设备对应于设备列表中的一项,每一项包括设备名称和设备驱动号,同时包括一个设备描述的结构。
该结构第一个变量是DEV_HDR类型的变量DEV_HDR。
DEV_HDR的定义如下:
Typedefstruct
{
DL_NODEnode;
/*设备列表节点*/
shortdrvNum;
/*驱动号码*/
char*name;
/*设备名*/
}DEV_HDR;
系统调用iosDevAdd(),可以将设备加入到设备列表中。
系统中将驱动和设备联系起来的就是文件描述符列表,每个文件描述符列表除了包括驱动号、设备ID外,还包括文件名、可用标志和指向DEV_HDR的指针。
系统每次成功执行open(),返回一个文件描述符,这样对于设备的read()、write()及ioctl()就可以通过文件描述符进行。
文件描述符表(调试时调用iosFdShow()查看)如下:
I/O系统的整体结构如图3所示。
系统启动时(一般挂接在usrroot()),XXDrv()和XXDevCreade()便将设备及其驱动加入相应的列表中。
3.3设备驱动程序的访问过程
下面以CAN驱动程序为例,说明驱动程序的访问过程。
(假定设备名“/can/1”并且以CAN设备驱动程序为例,上述中的XX在这里用Can代替。
)
①fd=open(“/can/1”,O_RDWR,0644)
②I/O系统在设备列表中寻找设备名为/can/1的设备项,找到相应的设备驱动号。
③I/O系统在文件描述符中保留一个文件描述符空间。
④I/O系统在设备驱动列表中找到对应的CanOpen(CAN_DEV*PCAN_DEV,UBYTE*remainder,intflags),该驱动例程返回设备描述符的指针。
⑤I/O系统将设备描述符的指针存储在文件描述符列表的DeviceID,同时将对应的设备驱动号存储在文件描述符的Drivernum项。
最后I/O系统返回该描述符项的索引(即为fd)。
⑥这样应用程序中的read()和write()等函数调用就可以根据fd找到相应的设备驱动号,进而找到相应的驱动例程。
4CAN驱动程序的实现
CAN驱动程序的实现即是完成下面七个函数的编写。
下面简要介绍其完成的功能,并用伪指令进行说明。
intdrv_num;
;
/*驱动号码*/
typedefstruct{
DEV_HDRpCANHDR;
/*这个数据结构必须放在设备描述符的最初部分*/
/*其余与驱动有关数据*/
}CAN_DEV;
/*CAN设备描述符*/
CAN_DEVcan_chan_dev;
STATUSCanDrv(void){
完成驱动的一些初始化;
intconnect();
/*连接所选的IRQ与中断处理函数*/
sysIntEnablePIC();
/*486DX允许中断*/
drv_num=iosDrvInstall(CanOpen,NULL,CanOpen,CanClose,CanRead,CanWrite,CanIoctl);
/*将设备驱动例程装入设备列表中*/
}
/*iosDrvInstall()将设备的CAN驱动例程加入设备驱动列表中,7个参数为7个驱动例程的进入点(entrypoint),如果没有某个例程,则传递NULL。
*/
STATUSCanDevCreate(){
完成一些设备初始化
iosDevAdd(&
Can_chan_dev.pCANHDR,“can0”,drv_num);
/*将设备放入设备驱动列表中*/
intCanOpen(CAN_DEV*pCan_Dev,UBYTE*remainder,intflags){
CAN卡硬件复位
CAN卡关中断
CAN卡进入软件复位模式
设置CAN卡工作寄存器,如接收码寄存器和屏蔽码寄存器等
CAN卡开中断和进入操作模式
Return((int)pCan_Dev);
/*注意必须返回设备描述结构指针*/
intCanRead(intCAN_DEV_ID,UBYTE*buf,intnBytes){
等待信号量(该信号量由中断处理例程释放)
从接收缓冲区读取数据
释放接收缓冲
返回接收数据数量
intCanWrite(intCAN_DEV_ID,UBYTE*buf,intnbyte){
查询发送缓冲是否可用
向发送缓冲区写数据
命令发送
查询发送完成标志
返回发送数据数量
voidinterrupt_handle_routin(intarg){
处理中断事件
发送(释放)信号量
限于篇幅,其它函数略。
图3I/O系统整体结构
5CAN驱动调试
硬件驱动的调试是件十分麻烦的事,经验十分重要。
这里简要介绍几个帮助调试的函数。
①可以调用iosDrvShow()、iosDevShow()及iosFdShow()查看相关内容,判断并将驱动及设备中入相应列表。
②使用logMsg()现实相关内容,以定位错误。
初期调试,示波器和信号灯是非常有用的,可以确定硬件的工作状况,从而有助于发现程序中的错误。
6小结
笔者采用两种方式完成了CAN卡驱动。
相对于第一种(笔者亦完成),第二种方式——VxWorks的I/O系统将设备程序作为内核过程实现,大大减少了系统的开销,实时性和可靠性有了很大的提高,并且为用户提供了统一的接口,使用十分方便。
开发驱动程序,辅助工具是非常有用的。
Windows下的开发工具就比较多,而在VxWorks下开发驱动的工具相对较少。
Windriver是一款不错的开发工具,可以开发VxWorks下的驱动程序(也可以开发其它操作系统下的驱动程序)。
正确、熟练地使用这些辅助工具,会使开发工作事半功倍。
μC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植
张利桑伟张立
2003年11月11日15:
17
以凌阳单片机为例详细介绍μC/OS-II的移植方法;
重点讲解在系统移植过程中一些难以理解的概念,并首次实现了μC/OS-II在凌阳SPCE061A单片机上的移植。
μC/OS-II凌阳单片机嵌入式系统
目前,实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。
μC/OS-II作为一个实时内核,由于其源码公开、代码规范,广受开发人员的喜爱。
SPCE061A是凌阳公司继μ’nSPTM系列产品SPCE500A等之后新推出的一款16位单片机,内部集成A/D、D/A等多种接口电路,能很方便地嵌入工业控制的各种场合。
更重要的是,其内嵌2K字的SRAM和32K的FlashROM,因此,在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现μC/OS-II系统的移植。
1μC/OS-II实时操作系统介绍
μC/OS-II是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统,它以源代码的形式给出。
其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。
系统最多支持56个任务,每个任务均有一个独有的优先级。
由于其内核为抢先式,所以总是处于运行态最高优先级的任务占用CPU。
系统提供了丰富的API函数,实现进程之间的通信以及进程状态的转化。
2μC/OS-II系统结构分析与移植
μC/OS-II的软件体系结构如图1所示。
从图1中可以看到,如果要使用μC/OS-II,必须为其编写OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三个文件。
这三个文件是与芯片的硬件特性有关的,它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。
其它文件用C写成,它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。
众所周知,μC/OS-II是一个多任务操作系统。
既然是多任务,就需要解决任务切换的问题。
任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。
由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作,所以它主要用汇编语言写成,因此,对于不同的单片机,其任务切换的代码是不同的;
但是只要理解其原理,就能举一反三,以不变应万变。
下文将重点讲解任务切换的原理。
多任务系统在运行时每个任务好像独立占用CPU一样,因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。
该堆栈的作用是保存任务被切换前时CPU各寄存器的值以及系统堆栈的数据。
根据以上讨论,可总结出在进行任务切换时需要完成的工作,主要步骤如下:
①将当前任务CPU所有的寄存器压栈;
②将CPU系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中;
③得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针;
④恢复下一个任务的CPU寄存器的值;
⑤恢复下一个任务的系统堆栈中的数据;
⑥通过中断返回指令或函数返回指令,间接修改PC寄存器的值来进行任务切换。
在为μCOS-II编写任务切换代码时需要注意的是:
μCOS-II在每次发生中断后都会产生任务调度,但在中断结束后进行的任务切换,不能调用普通任务切换函数,这是因为在中断过程中往往伴随将CPU的状态寄存器压栈操作。
以凌阳单片机为例,在中断后,芯片将PC和SR寄存器的值压入堆栈,因此,在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。
在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。
μCOS-II要求系统能产生10~100Hz的时钟节拍。
该时钟节拍由硬件定时器产生。
仍以凌阳单片机为例,可选用时基信号TMB2产生128Hz中断,作为系统时钟节拍的产生源。
系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成,由于其主要功能在用C编写的子函数中实现,因此,编写该服务子程序的难度不大。
3μC/OS-IIBSP代码的编写
BSP(板级支持包)是介于底层硬件和操作系统之间的软件层,它对底层硬件进行封装,使得操作系统不再面对具体的硬件。
我们以凌阳SPACE061A单片机为例介绍BSP代码的编写。
3.1任务切换
凌阳SPACE061A单片机有R1~R5五个通用寄存器,还有1个SR(CPU状态寄存器),再加上PC,总共有7个CPU内部寄存器在任务切换时需要保存。
μCOS-II系统调用OSCtxSw()来实现任务的切换,下面给出其部分代码:
_OSCtxSw:
PUSHALL//将所有寄存器压栈
OSIntCtxSw_in:
//求出系统堆栈的长度,并将其存入R2
R1=SP
R2=OSStkStart
R1+=1
R2=R2-R1
R1=[_OSTCBCμγ]//R1≤OSTCBStkPtr,R1为任
//务堆栈的头指针
R1=[R1]//首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[R1]=R2
R3=OSStkStart//得到堆栈的起始地址
//保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
R3-=1
R4=[R3]
[R1]=R4
R2-=1
JNZsave_stack
CALL_OSTaskSwHook
R1=[_OSTCBHighRdy]
[_OSTCBCur]=R1
R1=[_OSPrioHighRdy]
[_OSPrioCur]=R1
JMPOSCtxSw_in
3.2μCOS-II系统时钟
以凌阳SPCE061A单片机的TMB2时基信号作为系统时钟,每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断,在中断服务子程序中会调用OSTickISR()函数,汇编代码如下:
_OSTickISR:
PUSHALL
R1=0x0001
testR1,[P_INT_Ctrl]
JZOUT
[P_INT_Clear]=R1
CALL_OSIntEnter
CALL_OSTimeTick
CALL_OSIntExit
OUT:
POPALL
RETI
结语
RTOS是当今嵌入式应用的热点。
应用RTOS,可以提高产品的可靠性,降低研发周期。
μCOS-II具有很好的实时性和很小的代码量,因此掌握μCOS-II的移植方法是相当重要的。
本文移植修改的源代码请参见本刊网络补充版()。
μCOS-II具有很好的实时性和很小的代码量,因此掌握μCO
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- VxWorks PC104CAN 驱动程序 设计