基于VxWorks的PCI總線多功能數據采集卡驅動開發

摘要：VxWorks是WindRiver(風河)公司開發的嵌入式實時操作系統(RTOS)，由于它的高實時性，所以廣泛地應用于軍事、工業控制、通信等領域；分析了Vxworks下PCI總線多功能數據采集卡的實現方法；以ADLINK的PCI7396數據采集卡為例，介紹PCI總線設備的配置空間，包括它的結構及訪問方法，重點介紹PCI總線設備在VxWorks下驅動程序的開發步驟及編程要點，并對開發過程中的關鍵部分給予代碼說明；在某綜合控制系統中，開發的驅動程序運行穩定、可靠。
關鍵詞：VxWorks；PCI；數據采集卡；驅動

VxWorks是一種高性能的嵌入式實時操作系統(RTOS)，它由WindRiver公司開發，具有小巧的內核，可根據需要進行裁減；它還獲得廣泛的硬件支持，像X86系列的CPU，Motorola 68K系列的CPU，Motorola／IBM Power PC等等；它還具有很高的可靠性和實時性，像美國登陸的火星探測器使用的就是VxWorks操作系統；它還有其它的很多優點，因此被廣泛地使用在通信、軍事、航空、控制等高精尖技術以及實時性要求極高的領域中。
PCI總線由于其即插即用、獨立于微處理器、通用性好、具有很高的兼容性等等優良的特點，使得它成為運用最廣泛的局部總線標準，而且具有很大的發展潛力。使它成為具有很好發展潛力的局部總線標。多功能數據采集卡在工業控制中有著廣泛的運用，它是信號和嵌入式處理器的有效交互的工業控制系統中的重要環節，特別是它的中斷功能能提供很有效的實時性。在Vxworks下，一個重要的問題就是如何開發出高效率的數據采集卡驅動，只有驅動穩定了，才能使系統高效地運轉。文中結合Adlink公司的7396芯片，探討在VxWorks下基于PENTIUM CPU的PCI多功能數據采集卡的驅動開發。

1 VxWorks下的設備驅動程序
1．1 VxWorks下的I／O系統
I／O系統全稱為(Input／Output)輸入輸出系統，在VxWorks系統中，I／O系統向用戶屏蔽了硬件層，為用戶提供了一個統一的標準接口，使得應用層的用戶只要了解I／O系統的標準接口使用方法，就可以正確地操作外部設備。I／O系統為設備提供了7個標準的I／O接口函數：creat(．．．)、delete(．．．)、open(．．．)、close(．．．)、read(．．．)、write(．．．)、ioctl(．．．)。驅動程序設計者只要根據實際項目、工程的需要設計完成相應功能的接口函數，然后在使用時I／O系統就可以把應用程序的I／O請求轉發給相應的設計好的設備驅動程序進行處理。在VxWorks系統中I／O系統是通過維護文件描述符表、設備描述符表和驅動程序列表這3張表格來實現對驅動程序的管理的。
1．2 VxWorks設備驅動程序的分類
在Vxworks系統中，輸入／輸出設備從宏觀上分為3種類型：字符設備、塊設備和網絡設備。依據設備的類型，VxWorks下設備驅動程序的管理也被劃分成3種模塊：字符設備驅動程序模塊、塊設備驅動程序模塊、網絡設備驅動程序模塊。從架構上說，字符設備驅動程序的實現相對來說是最簡單的，它向上只是與I／O系統接口，所以只需要提供內個接口就可以了。塊設備驅動程序相對于字符設備來說相對的復雜，它還要與中間的文件系統相連，為文件系統提供服務，塊設備的最大特點就是以“塊”為單位進行操作，在讀取其中的數據時，必須將所在塊的數據完全讀出。網絡設備則提供了另外的接口，相對于字符設備和塊設備來說，處于相對底層，這是由網絡協議的復雜性決定的。為了更好地支持網絡設備，VxWorks在網絡協議層和網絡設備驅動程序之間增加了MUX接口。
1．3 驅動程序和I／O系統
驅動程序的結構包括3個部分：初始化部分，函數功能部分和中斷服務程序ISR。初始化部分主要是初始化硬件，分配硬件所需要的系統資源。函數功能主要是根據實際的需要，完成系統指定的功能。中斷服務程序主要是響應外部中斷，使系統能夠快速地對外部交互作出反應，由于中斷服務程序要求盡可能地反應快，所以中斷服務程序應該盡可能簡單。

VxWorks中設備驅動程序與I／O系統的關系非常簡單。對于塊設備來說，應用程序通過I／O系統訪問文件系統，而后由文件系統調用驅動程序訪問設備。而其它的非塊設備則是I／O系統直接調用驅動程序訪問設備。圖1顯示了應用程序、I／O系統和設備驅動程序之間的關系。