Vxworks嵌入式操作系統下網絡設備驅動程序設計

作者Email: cai_yang@etang.com

摘　要：本文主要介紹在Vxworks操作系統下網絡設備驅動程序設計、調試方法以及將其加入系統內核的配置方法。

關鍵詞：Vxworks 嵌入式操作系統 網絡設備

引 言
　　VxWorks操作系統是美國WindRiver公司于1983年設計開發的一種嵌入式實時操作系統（RTOS），是嵌入式開發環境的關鍵組成部分。良好的持續發展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發環境，在嵌入式實時操作系統領域占據一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。
　　

1 嵌入式系統
　　嵌入式系統是以嵌入式計算機為技術核心，面向用戶、面向產品、面向應用，軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。和通用計算機不同，嵌入式系統是針對具體應用的專用系統，目的就是要把一切變得更簡單、更方便、更普遍、更適用；它的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現更高的性能。

　　嵌入式系統主要由嵌入式處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及特定的應用程序等四部分組成，是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”；用于實現對其它設備的控制、監視或管理等功能。

　　嵌入式系統應具有的特點是：要求高可靠性；在惡劣的環境或突然斷電的情況下，要求系統仍然能夠正常工作；許多嵌入式應用要求實時處理能力，這就要求嵌入式操作系統(EOS)具有實時處理能力；嵌入式系統中的軟件代碼要求高質量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。

2 設備驅動程序

Vxworks5.4中驅動程序主要分為三種：字符、塊以及網絡驅動程序。本文所介紹的網卡驅動程序則屬于網絡設備驅動程序。

2.1 網絡設備驅動程序設計

網絡的各功能部件圖1所示，網絡設備驅動程序實際上是處理硬件和上層協議之間的接口程序。網絡傳輸協議層分發數據在應用程序接口和網絡接口之間。網絡化網絡協議（如IP協議）發送數據在網絡主機之間。連接/接口層使能主機隸屬于硬件到相同物理媒質的通信。

在Vxworks5.4中，網卡驅動程序又分為END（Enhanced Network Driver）和BSD兩種。它們分別處于如圖2所示結構中。

2.1.1 BSD驅動程序設計

在Vxworks5.4中，網絡驅動程序都是基于BSD UNIX版本4.3基礎上的，這些驅動程序都定義在一個全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5個函數指針，它們都被映射到ifnet結構中，這5個函數可見表1，它們在IP協議層任何地方被調用。

表1 網絡接口處理

驅動程序入口xxattach( )調用ether_attach( )來把上述5個函數映射到ifnet結構中，ether_attach( )調用如下：

ether_attach(
(IFNET *) pDrvCtrl->idr,
unit,
"xx",
(FUNCPTR) NULL,
(FUNCPTR) xxIoctl,
(FUNCPTR) ether_output( ), /* generic ether_output */
(FUNCPTR) xxReset
);
pDrvCtrl->idr.ac_if.if_start = (FUNCPTR)xxTxStartup;
上述參數中，需要一個接口數據記錄（Interface Data Record (idr)），unit號和設備名，下面四個參數就是相關驅動程序的函數指針。第一個函數指針指的是init( )例程，這個例程可要可不要，第二個函數指針指的是ioctl( )接口，它允許上層來控制設備狀態；第三個函數指針指的是把數據包送到物理層；最后一個函數指針指的是如果TCP/IP堆棧決定需要復位的話，它就復位這個設備。

接著下面那一句代碼表示添加數據傳輸例程到IDR，ether_output( )例程被調用后，傳輸開始例程就被TCP/IP協議堆棧調用。

在這個入口驅動程序中還包括設備的初始化、發送和接收描述符的初始化等。

2.1.2 END驅動程序設計

END驅動程序是基于MUX模式，網絡驅動程序被劃分為協議組件和硬件組件。MUX數據鏈路層和網絡層之間的接口，它管理網絡協議接口和低層硬件接口之間的交互；將硬件從網絡協議的細節中隔離出來；刪除使用輸入鉤例程來過濾接收從協議來的數據包，和刪除了使用輸出鉤例程來過濾協議包的發送；并且鏈路層上的驅動程序需要訪問網絡層（IP或其他協議）時，也會調用相關的MUX例程。值得注意的是，網絡層協議和數據鏈路層驅動程序不能直接通訊，它們必須通過MUX。如圖3所示：

2.3將驅動程序加載到Vxworks系統中

要對所設計的驅動程序進行測試，首先就必須把驅動程序加載到Vxworks IMAGE中，并且給設備分配一個IP，這樣才能有利于網間測試。

首先，修改configNet.h文件，添加如下代碼：

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#define DM_9102_BUFF_LOAN_0 1

#define DM_9102_LOAD_FUNC sysDm9102EndLoad

#define DM_9102_LOAD_STR_0 ""

IMPORT END_OBJ * DM_9102_LOAD_FUNC (char *, void *);

和END_TBL_ENTRY endDevTbl [] 中添加

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

{0, DM_9102_LOAD_FUNC, DM_9102_LOAD_STR_0, TRUE, NULL, FALSE},

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

其次，編輯config.h文件，添加如下代碼：

#define INCLUDE_DM_9102_END /* Davicom 9102 Fast Ethernet Controller */

最后，編輯sysLib.c文件，添加如下代碼：

/* include dm9102 End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

IMPORT STATUS sysDm9102PciInit (void);

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

/* include dm9102End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#include "sysDm9102End.c"

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

sysDm9102PciInit ();

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

通過上述過程相應的添加程序，然后重新編譯Vxworks，這樣就將所設計的網卡驅動程序添加到Vxworks內核中了。

2.4 PCI設備檢測

如果所設計的網卡是基于PCI總線的，那么在程序開始就需要對PCI設備進行檢測，在Vxworks5.4中有專門的PCI函數來檢測設備的總線號、設備號和功能號。首先利用pciFindDevice( )函數對給定VendorID和DeviceID的設備進行檢測，檢測完后同時給出了設備的總線號、設備號和功能號；接下來就是獲得該設備的中斷號、基地址（包括IO和內存）。Vxworks中pciConfigLib.h文件中定義PCI總線的常量。如中斷號：PCI_CFG_BRG_INT_LINE，IO基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_0，內存基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_1等等。所以利用函數pciConfigInByte和pciConfigInLong就可以很容易地獲得設備的中斷號和基地址。

2.5 調試方法

為了方便調試網卡驅動程序，推薦利用串口對程序進行下載并將Vxworks image拷貝到軟盤中以從軟盤來加載它。調試的時候首先應該給網卡分配一個IP（利用usrNetIfConfig函數），然后利用ping來對網卡進行測試。

3 結語

　　利用上述方法所設計的網卡后，不久可以利用它來進行程序下載，而且能滿足網卡所有的功能，包括對TCP/IP和UDP/IP（組播、廣播和單播）進行了測試。