VxWorks操作系統下ComPactPCI總線驅動程序設計

引言
VxWorks是美國Wind River公司專門為嵌入式處理器設計的一種模塊化、高性能的實時多任務操作系統。嵌入式軟件多采用交叉開發的方式，即主機運行開發工具Tonado，通過某種連接方式連接目標機，硬件平臺為PC／104+架構。這里提出一種VxWorks操作系統下CompactPCI總線驅動程序的設計及實現。該設計使用德國Kontron DT-64，它是一款高性能嵌入式計算機。采用Dual PentiLim 3 CPU，工作頻率高達866 MHz，具有128 KB一級高速緩存和128 KB二級高速緩存。KontronDT-64與PC／AT標準完全兼容，并遵從PC／104+標準。具有PC／104結構的優點，適用于各種復雜的工作環境。

2 BSP與VxWorks的關系
板級支持包BSP(board support packet)通常是針對具體的硬件平臺，是用戶所編寫的啟動代碼和部分設備驅動程序的集合。在VxWorks操作系統中，BSP是介于底層硬件環境和VxWorks之間的一個軟件接口，它的主要功能是系統加電后初始化目標機硬件、初始化操作系統及提供部分硬件的驅動程序。BSP與VxWorks之間的關系如圖1所示。從圖1發現，BSP不是一個設備驅動程序。它只能運行于指定設備的硬件環境中，對其進行控制和初始化。這里主要闡述在PCM發送，接收模塊的設計過程中，如何利用DT-64 BSP來實現PCI總線的驅動程序。

3 總線及接口技術
由于CompactPCI規范定義基于PCI總線方式的復印加堅固而耐用的PCI版本，并且適用于工業和嵌入式應用，本設計采用此規范。CompactPCI總線是3種技術的集成：通用PCI局部總線(Local Bus)的高性能，安裝牢固的歐卡結構，接觸可靠的針孔連接器(pin-antl-soeket connector)。
PCI局部總線是一種地址和數據復用的高性能32，64位總線，它在高度集成的外圍控制器件、外圍插件板和處理器／存儲器之間起連接作用。PCI總線為CPU和板上外設提供了方便的高速通信連接，工作頻率為66 MHz或更高。PCI作為一種同步的、獨立于處理器的32 bit或64 bit局部總線，在工作頻率為33 MHz總線寬度為32 bit最低規格時其峰值吞吐速率可達到132 MB／s，適用于網絡適配器、硬盤驅動器、視頻卡、圖形卡等各類高速外設。連接到PCI總線上的設備分為主控和目標兩類，PCI支持多主系統。PCI總線的一個重要特點是存在配置空間，它提供一種配置關聯，適合于目前或將來的系統配置機制，實現參數自動配置。系統軟件通過讀取配置空間中相應參數，即可確定PCI總線上掛接了什么設備以及需要哪些資源，通過對地址空間的重定位分配資源避免競爭，實現PCI設備的即插即用。
連接到PCI總線的用戶功能板卡需要使用PCI總線接口控制器和PCI總線進行交互，在應用系統設計時采用OL5064器件。QL5064是一款32 bit／33 MHz的通用PCI總線控制器，符合PCI規范2．2版，本突發傳輸速率達到132 MB／s。可作為PCI總線的主控設備控制總線，也可作為目標設備響應總線。Ql5064提供了PCI總線、E2ROM、LOCAL總線3個接口。LOCAL總線支持復用／非復用的32 bit地址／數據，有3種工作模式：M、C和J。在系統實際數據采集時，將LOCAl總線設置為C模式，這是一種目標設備模式。選用NM93CS56L型串行E2PROM作為QL5064的配置器件，該器件通過E2ROM接口和QL5064相連。QL5064的長配置方式要求68個字節的信息，主要包括：設備識別號、供應商代碼號、LO-CAL總線3個空間的性質、范圍以及基址等，這些配置信息內容一般要預先設計并用編程器事先寫入配置器件中。在計算機啟動時，系統將根據配置信息分配器件所申請的資源。Q155064作為一種橋接器件，在PCI總線和LOCAL總線之間有3種主要數據傳輸模式：
(1)PCI Initiator數據傳輸模式 主控模式，LOCAL總線主設備通過QL5064訪問PCI總線存儲空間和I／O空間；
(2)PCI Target數據傳輸模式PCI總線主設備通過QL5064訪問LOCAL總線存儲空問和I／O空間；
(3)DMA數據傳輸模式QL5064作為兩總線的主設備，從PCI總線存儲空間讀數據到LOCAL總線存儲空間或者從LOCAL總線存儲空間讀數據到PCI總線存儲空間。在系統設計中，使用PCI Target數據傳輸模式讀寫控制模塊中的寄存器。

4 設備的配置技術
VxWorks是專門為實時嵌人式系統設計開發的操作系統軟件，提供高效的實時任務調度、中斷管理、實時的系統資源分配以及實時的任務間通信。程序員可將主要精力放在應用程序本身，而不用關心對系統資源的管理。
為闡明在VxWorks操作系統下如何實現CompaetPCI總線設備的驅動，需了解PCI設備的配置寄存器空間。PCI設備有3種物理存儲空間：配置寄存器空間、存儲器空間和I／O空間。PCI局部總線設備中配置寄存器空間是一容量為256 KB并具有特定記錄結構的地址空間，該空間分為頭標區和設備有關區兩部分，空間頭標區的定義如圖2所示。

在配置空間中，只讀空間有設備標識、供應商代碼、修改版本、分類代碼以及頭標類型。其中供應商代碼用來標識設備供應商；設備標識用來標識某一特殊的設備；修改版本標識設備的版本號；分類代碼用來標識設備的種類；而頭標類型用來標識頭類型以及是否為多功能設備。除供應商代碼之外，其他字段的值由供應商分配。