VxWorks操作系統(tǒng)下實現(xiàn)ComPactPCI總線驅(qū)動

　　1 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(tǒng)。這里提出一種VxWorks操作系統(tǒng)下CompactPCI總線驅(qū)動程序的設計及實現(xiàn)。該設計使用德國Kontron DT-64，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。

　　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(qū)動程序的集合。在VxWorks操作系統(tǒng)中，BSP是介于底層硬件環(huán)境和 VxWorks之間的一個軟件接口，它的主要功能是系統(tǒng)加電后初始化目標機硬件、初始化操作系統(tǒng)及提供部分硬件的驅(qū)動程序。BSP與VxWorks之間的關系如圖1所示。從圖1發(fā)現(xiàn)，BSP不是一個設備驅(qū)動程序。它只能運行于指定設備的硬件環(huán)境中，對其進行控制和初始化。這里主要闡述在PCM發(fā)送，接收模塊的設計過程中，如何利用DT-64 BSP來實現(xiàn)PCI總線的驅(qū)動程序。

　　3 總線及接口技術

　　由于CompactPCI規(guī)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(yè)和嵌入式應用，本設計采用此規(guī)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(jié)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(shù)據(jù)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(guī)格時其峰值吞吐速率可達到132 MB/s，適用于網(wǎng)絡適配器、硬盤驅(qū)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(tǒng)。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(lián)，適合于目前或?qū)淼南到y(tǒng)配置機制，實現(xiàn)參數(shù)自動配置。系統(tǒng)軟件通過讀取配置空間中相應參數(shù)，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(xiàn)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(tǒng)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(guī)范2.2版，本突發(fā)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(shù)據(jù)，有3種工作模式：M、C和J。在系統(tǒng)實際數(shù)據(jù)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(jié)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(zhì)、范圍以及基址等，這些配置信息內(nèi)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(tǒng)將根據(jù)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(shù)據(jù)傳輸模式：

　　(1)PCI Initiator數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸模式QL5064作為兩總線的主設備，從PCI總線存儲空間讀數(shù)據(jù)到LOCAL總線存儲空間或者從LOCAL總線存儲空間讀數(shù)據(jù)到PCI總線存儲空間。在系統(tǒng)設計中，使用PCI Target數(shù)據(jù)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(tǒng)設計開發(fā)的操作系統(tǒng)軟件，提供高效的實時任務調(diào)度、中斷管理、實時的系統(tǒng)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(tǒng)資源的管理。

　　為闡明在VxWorks操作系統(tǒng)下如何實現(xiàn)CompaetPCI總線設備的驅(qū)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(jié)構的地址空間，該空間分為頭標區(qū)和設備有關區(qū)兩部分，空間頭標區(qū)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。

　　PCI設備可以在地址空間中重定位是其重要功能之一，使得系統(tǒng)可合理地分配資源，甚至完全相同的兩塊PCI卡也能夠在同一總線內(nèi)工作而不會產(chǎn)生地址沖突。基地址寄存器的功能是分配PCI設備的系統(tǒng)地址空間，在基地址寄存器中，位0(最低位)均為只讀位并且用來標識是存儲器空間還是I/O地址空間。如果該位為0，表示映射到存儲器空間。映射到I/O空間的基址寄存器寬度總是32 bit，其中位0值為1 (用硬件實現(xiàn))，位1為保留位并且其讀出值必須為0，其余各位用來把設備映射到I/O空間。映射到存儲器空間的基址寄存器可以是32 bit寬度，也可以是64 bit寬度。其中位0也要用硬件方式使其恒為0。位2和位1兩位用來表示映射類型，其余各位用來將設備映射到存儲器空間。

　　系統(tǒng)配置軟件通過向基址寄存器寫入全“1”后再讀回的方式確定設備要求的地址空間范圍，與地址空間無關的位其返回值為0。

　　在VxWorks操作系統(tǒng)下實現(xiàn)CompactPCI總線設備的驅(qū)動過程主要包括下面步驟：

　　(1)查找CompaetPCI設備在VxWorks操作系統(tǒng)中通過函數(shù)peiFindDeviee()來實現(xiàn)，該函數(shù)可根據(jù)給定的設備標識和供應商代碼找到相應的設備。并返回總線號、設備號以及功能號。函數(shù)的定義如下：

　　)

　　(2)配置CompactPCI設備 通過操作系統(tǒng)提供的API函數(shù)訪問CompactPCI設備的配置空間，配置CompactPCI設備基址寄存器、中斷、ROM基地址寄存器等，可得到 Compact-PCI的仔儲器空間和I/O地址空間映射、設備的中斷號等。在VxWorks操作系統(tǒng)中訪問CompactPCI設備配置空間的函數(shù)有 pciConfigInLong()、pciConfigOutLong()等，它們分別完成對CompactPCI設備配置空間的讀寫操作。這一系列操作也稱為PCI設備枚舉。然后，根據(jù)CompactPCI設備的配置參數(shù)，對不同的設備編寫初始化程序、中斷服務程序以及對PCI設備存儲空間的訪問程序。