QNX 4.25設備驅動程序的編寫

關鍵詞：驅動程序 QNX 實時操作系統 PCI

引言

QNX是一個多任務、多用戶、分布式、可嵌入式符合POSIX標準的微內核的主流實時操作系統，廣泛用于實時性能、開發靈活性、網絡靈活性要求較高的場合，如電信系統、醫療儀器、航空航天、工業自動化、交通運輸、POS機、信息家電等。

QNX是一個適合軟件/硬件定制的實時操作系統。如果你曾經試圖在傳統的UNIX或Windows平臺下開發設備驅動程序，那么，QNX下開發驅動程序一定會讓你受寵若驚。由于QNX的微內核結構，QNX下的系統進程和用戶所寫的進程沒有什么不同，甚至沒有私有的隱藏起來的以至用戶不能使用的界面。正是這種結構給QNX帶來了無與倫比的可擴展性，使得在QNX下寫驅動程序如同寫其它程序一般方便。設備驅動程序能夠獲取普通程序所能獲得的任務服務。在QNX中增加一個新的驅動程序不會影響操作系統其它程序的任何部分，QNX環境所需的唯一改變是實現地啟動新的驅動程序。

當然，我們會遇到形形色色的硬件設備，某些驅動程序可能將以特殊方式控制設備的存在和配置。本文只想集中討論QNX下如何進入、控制設備級的通用硬件，對所有驅動程序來講這是一個共性問題。其中，將對使用較多的PCI設備作較為詳細的敘述。以下是硬件驅動程序的編寫。

1 探測硬件

首先，需要判斷設備是否存在，然后查詢該設備的配置（例如，設備基地址、中斷號等）。對于某類設備，一般會有一大相應的標準機制來判斷其配置。每塊設備的基地址、中斷號等是編程必須的資源，例如，常用的ISA及PCI硬件設備。對于ISA設備，一般由板上手工跳線設定，不言自明；對于常用的PCI設備，這些資源會由系統自動分配，特別是添減設備，可能會發生變化。因此，在驅動程序中能夠動態查找這些資源顯得比較重要。對于諸如A/D、D/A、定時卡、I/O板卡這類設備，對照硬件手冊編寫一些簡單的驅動程序并不困難。如果有DOS下驅動程序的C源碼，移值應該更容易一些。

為了實現對PCI總線設備的控制和管理，必須訪問PCI設備的配置空間。配置空間是一容量為256字節并具特定紀錄結構的地址空間。該地址空間的結構如圖1所示。NQX4.25pp sys/pci.h中對應的結構體定義。

每個PCI設備具有唯一的廠商標識（vendor id）和設備標識（device id），這些信息由硬件手冊提供或系統啟動時可以看到。下面一段代碼展示了于一個給定的PCI設備如何調用QNX相關的函數、偵測設備的存在以及系統分配的資源。其中，標識（index）用來支持和區分具有同樣廠商標識和設備標識的幾塊同樣的設備。Index從0開始，如果指定為1，將標識第二塊同型號的設備。

本例中，YOUR_PCI_DEVICE_ID、YOUR_PCI）CENDOR）OD值是研華的PCL-1713采集卡，可以根據所使用的硬件填以合適的值。

以根據所使用的硬件填以合適的值。

#includestdlib.h>

#includestddef.h>

#includestdio.h>

#includefcntl.h>

#includesys/mman.h>

#includesys/osinfo.h>

#includesys/pci.h>

#includei86.h>

#define YOUR_PCI_DEVICE_ID0x1713 //根據具體設備提供對應的廠商標識及設備標識

#define YOUR_PCI_VENDOR_ID 0x13fe

int main(void){

unsigned busnum,devfuncnum; //總線號（PC僅有一條）及設備功能號

long address;

long io_base; //I/O基地址

unsigned char irq； //中斷號

int pci_index=0 //標識為零標識第一塊此種型號設備

if(_CA_PCI_Fin

d_Device(YOUR_PCI_DEVICE_ID,

YOUR_PCI_VENDOR_ID,pci_index,busnum，devfuncnum)!=PCI_SUCCESS){

printf("Can not find device")；

exit(EXIT_FAILURE);

}

//偵測設備中斷

if(_CA_PCI_Read_Config_Byte(busnum,devfuncnum,offsetof(struct_pci_config_regs,Interrupt_Line)，

1，irq)!=PCI_SUCCESS){

printf("Error reading interrupt")；

exit(EXIT_FAILURE);

}

//偵測設備I/O基地址

if_CA_PCI_Read_Config_DWord(busnum,devfuncnum,offsetof(struct_pci_config_regs,Base_[2])，

1，（char *）address)！=PCI_SUCCESS){

printf("Error reading address")；

exit(EXIT_FAILURE);

}

io_base=PCI_IO_ADDR(adress)；

printf("IO address:%x",io_base);

printf("IRQ:"%x",irq);

exit(EXIT_SUCCESS);

}

注意：各種設備的Base_Address_Regs[x]，x可能不盡相同，需要查看具體的硬件手冊決定。

2 進入硬件

一旦獲得了系統分配給某個硬件設備的資源信息，就可以同這個設備進行通信了。至于如何做取決于需要訪問的硬件資源。

2.1 I/O資源

一個進程試圖進行I/O操作，必須具有正確的權限等級。你必須是超及用戶（root），在編譯的時候加上適當參數T1，以確何該進程擁有訪問I/O口的權限。若忽視這一點，該運行進程將獲得一個口的權限。若忽視這一點，該運行進行將獲得一個SIGSEGV信號，表示一個非法的內存引用，并結束進程運行。

現在就可以利用inp()、inpd()、inpw()，outp()，inpd()，inpw(0等函數，對I/O基地址（I/O base address）加上寄存器偏移量（offset）處的I/O進行操作了。例如：

outpw(baseaddress+offset_reg,0xdeadbeef)；

此外，對于一些設備，其I/O口是固定、眾所皆知的，例如，一塊VGA兼容的設備，并無上述所謂基地址。通過0x3c0、0x3d4、0x3d5，可以直接進入這些VGA的控制器。例如：

outp(0x3d4,0x11);

outp(0x3d5,inp(0x3d5) ～0x80)；

2.2 存儲映射資源

某些設備，可以通過一般的內存操作進入寄存器，這就需要獲得內存基地址（memory base address）。為了能夠獲進入此類設備的寄存器，需要將其映射到驅動程序虛擬地址空間。QNX下的技術資料/etc/readme/technotes/shmem.txt描述了如何創建一個共享內存對象，然后將這個內存對象的一段內存映射到PCI卡中，以便能夠進入這個PCI設備。（接著上面的代碼）可以利用mmap（）：

char *mem_base;

if(PCI_IS_MEM(address)){ //判斷內存基地址

int fd；

char *page_ptr；

fd=shm_open("Physical",O_RDWR,0777);//創建一個共享內存對象

if(fd= =-1){

perror("Error shm_open:");

exit(EXIT_FAILURE);

}

page_ptr=mmap(0,4096,PROT_READ|PROT_WRITE,

MAP_SHARED,fd,PCI_MEM_ADDR(address)～0xfff)；//將內存基地址映射

if(page_ptr= =(char *)

perror("Error mmap:");

exit(EXIT_FAILURE);

}

mem_base=page_ptr+(PCI_MEM_ADDR(address)0xfff)；

close(fd)；

}

printf("MEM" address:%lx",PCI_MEM_ADDR(address))；

if(PCI_IS_MEM(address))

printf("mapped at : %lx",mem_base);

現在可以使用指針mem_base來進入設備寄存器了。例如：

mem_base[SHUTDOWN_REGISTER]=0x0xdeadbeef；

2.3 中斷資源

超級用戶（root）可以調用qnx_hint_attach()將一個中斷處理程序綁定到一個設備上。中斷處理程序作為一個遠程調用（far），在進程空間（Localdescriptor Table set）運行。該函數最后一個參數設置數據段。寄存器SS為一個特別的內核棧，這不同于數據段（DS）。因此，需要在中斷處理程序及其調用的函數中關斷棧檢查。大部分系統庫中的函數在編譯的時候都關斷了棧檢查，然而，對于需要使用大量內存的函數可能并非如此。后者即是那些在中斷處理程序中不可調用的函數，如printf()、open()。通過QNX具體函數在線資源的Safety→Interrupt handler項進行判斷該函數是否可以調用。如果函數中包括任何自動（auto）變量，強烈建議將中斷函數放在自身文件中，然后利用參數-zu選項編譯之。這樣能夠告知編譯器，使得SS!=DS。

任何被中斷處理程序修改的變量需要指定為volatile關鍵字。中斷處理程序的返回值必須為0；或某個有效的代碼號（proxy pid），以此來觸發一個代碼從而發送一則消息。

下面總結一個中斷處理程序編寫時的注意點：

①只能和自己的硬件對話（如，清除設備的中斷狀態位），千萬不要對8259中斷控制器編程！

②使中斷處理程序盡可能的短小。如果有很多的工作需要做，必須觸發一個代理，并且它喚醒一個進程完成這些工作，以保證其它進程及低優先級的中斷正常運行，提高系統的實時響應能力。

③中斷處理程序不能調用含有內核調用的例程。

④中斷處理程序必須是一個遠程（far）調用函數。

⑤中斷處理程序必須在自己的模塊中。

⑥無論程序中其它模塊是如何編譯的，包含中斷處理程序的模塊必須是利用-zu和-s選項編譯。（利用cc-zu-Wc-s）這些選項能夠保證SS！=DS，并且關斷棧檢查。當然，也可使用：

#pragma off(check_stack);

pid_t far handler_xxx(){

return(proxy_xxx);

}

#pragma on(check_stack)；

在試圖編寫執行一個中斷處理程序前，務必仔細閱讀在線文檔?，F在，可以參照硬件手冊自由地對您的設備寄存器進行操作了。

結語

在HT-7U極向場電源控制系統中，我們在QNX4.25下開發了多種設備的驅動程序。這些程序工作穩定、性能優異、工作量小且易于控制。此外，QSSL公司的新版本QNX6.x下開發驅動更為方便，其原理同QNX4.25相似或者是對應的。