|
介紹實時操作系統QNX4.25下編寫設備驅動程序的大體框架、底層細節以及諸多注意點。針對使用較為普遍的PCI設備作為較為詳細的描述。 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。 #include #include #include #include #include #include #include #include #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,%26;amp;busnum，%26;amp;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，%26;amp;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_)， 1，（char *）%26;amp;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)%26;amp; ～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)%26;amp;～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)%26;amp;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。 |
