嵌入式機器視覺系統中ARM與DSP的數據通信方法

3 軟件設計
3．1 Linux驅動程序
Linux操作系統引入設備文件的概念，即把每一個設備都看作一個文件，像對待文件一樣對設備進行操作。在Linux操作系統下，設備文件主要有3種類型：字符設備、塊設備、網絡設備，各自對應一種類型的設備驅動程序。本文設計的HPI接口的驅動程序屬于字符設備驅動程序。
Linux下的驅動程序是為相應的設備編寫多個基本函數，填充file_operations結構體。其中定義了實現各種操作函數。如下所示：

其中，open和release完成設備的打開和關閉。mmap為內存地址映射操作。驅動程序的設計是通過實現個中操作函數的基本功能，為相應的設備在應用層提供統一的接口。
下面是本文中的HPI接口的驅動程序的設備入口hpi_open函數，它負責打開、準備設備。

任何時候對字符設備(HPI)接口進行打開操作，都會調用設備的open入口點(hpi_open)。所以open函數(hpi_open)必須對將要進行的I／O操作(對DSP讀寫數據)做好必要的準備工作，例如設備是獨占的，則open函數(hpi_open)必須將設備標記成忙狀態，如上面例程中的①處兩行所示。
3．2 驅動程序中映射的實現
由于在Linux系統中，用戶應用程序不能直接對驅動程序的內存空間進行操作，因此必須用到內存映射機制。內存映射是指把內核中的特定的內存空間映射到用戶空間的內存中去。對驅動程序來說，內存映射可以提供給用戶程序直接訪問設備內存的能力。
mmap系統調用映射一個設備，意味著使用戶空間的一段地址關聯到設備內存上，這使得只要程序在分配的地址范圍內進行讀取或者寫入，實際上就是對設備的訪問。
mmap方法是file_operations結構的一部分，要實現映射必須分兩步：
1)調用內核中的remap_page_range函數，它的功能是：構造用于映射一段物理地址的新頁表，實現了內核空間與用戶空間的映射，其原型如下：

函數參數的確切含義如下：unsigned long virt_add為重映射開始處的虛擬地址。這個函數為虛地址空間virt_add和virt_add+size之間的范圍構造頁表。unsigned long phys_add為虛擬地址應該映射到的物理地址。unsigned long size為被重映射的區域的大小，以字節為單位。pgprot_t prot為新VMA所請求的“保護”屬性。驅動程序不必修改保護，在vma->vma_page_prot中找到的參數可以不加改變地使用。
本課題中使用mmap調用的代碼如下：

這樣就為DSP的HPI接口所對應的總線物理地址：0x10000000(對應nGCS2)在vma->vm_start和vma->vm_end之間構造了新的頁表。
2)在構造好新頁表之后，可以調用mmap函數完成映射，從圖2可以看到硬件連接圖中的連接DSP片選信號的是引腳nGCS2，從圖3中查出它在內存空間對應的位置是0x10000000。mmap函數的原型是：mmap(void*start，sizelength，int prot，int flags，int fd，off_toff-set)。用以下語句獲得映射后的地址：
hpi_mmap_add=mmap(NULL，length，PROT_READ|PROT_WRITE，MAP_SHARED，hpi_fd，0)其中參數start指明描述字fd對應的“文件”(也就是／dev／hpi設備)在進程地址空間內的映射區的開始地址，必須是頁面對齊的地址，通常設為NULL，讓內核去自動選擇開始地址。任何情況下，mmap的返回值為內存映射區的開始地址。這樣通過對hpi_mmap_add操作，實現對起始地址為0x10000000的內存段操作。