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隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和DSP實(shí)時(shí)系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，不同類型的外部設(shè)備越來越多。為這些外部設(shè)備編寫驅(qū)動程序已經(jīng)成為依賴操作系統(tǒng)管理硬件的內(nèi)在要求。但是，由于內(nèi)存管腳、響應(yīng)時(shí)間和電源管理等條件的限制，為一個(gè)給定的DSP系統(tǒng)編寫設(shè)備驅(qū)動程序有時(shí)候會很困難。針對設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)者遇到的上述難題，TI公司為C64x系列DSP的開發(fā)者提供了一種類/微型驅(qū)動模型(class/mini-driver model)。該模型在功能上將設(shè)備驅(qū)動程序分為依賴硬件層和不依賴硬件層兩層，兩層之間使用通用接口。實(shí)踐結(jié)果表明，采用類/微型驅(qū)動模型進(jìn)行設(shè)計(jì)后，應(yīng)用軟件可以復(fù)用絕大部分相似設(shè)備的驅(qū)動程序，從而提高驅(qū)動程序的開發(fā)效率。 1 類/微型驅(qū)動模型簡介 在類/微型驅(qū)動模型中，類驅(qū)動通常用于完成多線程I/O請求的序列化功能和同步功能，同時(shí)對設(shè)備實(shí)例進(jìn)行管理。在包括視頻系統(tǒng)I/O和異步I/O的典型實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，只有少數(shù)的類驅(qū)動需要表示出外部設(shè)備的類型。 類驅(qū)動通過每個(gè)外部設(shè)備獨(dú)有的微型驅(qū)動對設(shè)備進(jìn)行操作。微型驅(qū)動通過控制外設(shè)的寄存器、內(nèi)存和中斷資源對外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制。微型驅(qū)動程序必須將特定的外部設(shè)備有效地表示給類驅(qū)動。例如：視頻顯示設(shè)備存在一些不同的幀存，應(yīng)用軟件會根據(jù)不同的I/O操作進(jìn)行幀存的分配，此時(shí)微型驅(qū)動必須映射視頻顯存，使得類驅(qū)動可以對不連續(xù)的內(nèi)存（分別存放RGB或YUV分量）設(shè)計(jì)特定的I/O請求。 類/微型驅(qū)動模型允許發(fā)送由開發(fā)者定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的I/O請求包給微型驅(qū)動來控制外部設(shè)備，此分層結(jié)構(gòu)使設(shè)備驅(qū)動的復(fù)用能力得到加強(qiáng)，并且豐富了發(fā)送給微型驅(qū)動的I/O請求包的結(jié)構(gòu)。 類/微型驅(qū)動模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。上層的應(yīng)用程序不直接控制微型驅(qū)動，而是使用一個(gè)或一個(gè)以上的類驅(qū)動對其進(jìn)行控制。每一個(gè)類驅(qū)動在應(yīng)用程序代碼中表現(xiàn)為一個(gè)API函數(shù)并且通過微型驅(qū)動的接口IOM與微型驅(qū)動進(jìn)行通信。類驅(qū)動使用DSP/BIOS中的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)諸如同步等的系統(tǒng)服務(wù)。 類驅(qū)動通過標(biāo)準(zhǔn)的微型驅(qū)動接口調(diào)用微型驅(qū)動控制硬件設(shè)備。到目前為止DSP/BIOS共定義了三種類驅(qū)動：流輸入輸出管理模塊(SIO)、管道管理模塊(PIP)和通用輸入輸出模塊(GIO)。在PIP和SIO類驅(qū)動中，調(diào)用的API函數(shù)已經(jīng)存在于DSP/BIOS的PIP和SIO模塊中。這些API函數(shù)需將參數(shù)傳給相應(yīng)的適配模塊(adapter)，才能與微型驅(qū)動交換數(shù)據(jù)。而在GIO類驅(qū)動中，調(diào)用的API函數(shù)則直接與微型驅(qū)動通信(需在CCS2.2以上)。 每一個(gè)微型驅(qū)動都為類驅(qū)動和DSP/BIOS設(shè)備驅(qū)動管理提供了標(biāo)準(zhǔn)接口。微型驅(qū)動采用芯片支持庫(Chip Support Library)管理外圍設(shè)備的寄存器、內(nèi)存和中斷資源。 2 類驅(qū)動的編寫 SIO和PIP兩個(gè)接口模塊用于支持DSP和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。這兩種模塊都可以通過類驅(qū)動中的適配模塊和微型驅(qū)動的IOM連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SIO的適配模塊稱為DIO，PIP的適配模塊稱為PIO。 GIO模塊的傳輸模式是基于流輸入輸出模式的同步I/O模式，更適合文件系統(tǒng)I/O。在編寫類驅(qū)動時(shí)，可以直接調(diào)用GIO的讀寫API函數(shù)，這些函數(shù)的接口已經(jīng)內(nèi)置于微型驅(qū)動的IOM中。 2.1 SIO模塊和DIO模塊 DSP/BIOS中的SIO模塊為每個(gè)DSP/BIOS線程提供一個(gè)獨(dú)立的I/O機(jī)制，它支持動態(tài)創(chuàng)建。SIO模塊有自己的驅(qū)動模型，稱為DEV。DEV程序和微型驅(qū)動的編寫方法相似，都要實(shí)現(xiàn)函數(shù)表中的打開、關(guān)閉和緩存管理等函數(shù)，然而結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。相比之下，DIO模塊可以簡化SIO模塊和IOM之間的連接，使得通信和同步變得更簡單。 DIO模塊必須實(shí)現(xiàn)下列基本功能函數(shù)： （1）回調(diào)函數(shù) 在外設(shè)的通道實(shí)例創(chuàng)建結(jié)束時(shí)，如果微型驅(qū)動已經(jīng)完成內(nèi)存分配，那么適配模塊將通過回調(diào)函數(shù)通知微型驅(qū)動待調(diào)用函數(shù)的地址，同時(shí)回調(diào)函數(shù)也將通知適配模塊緩存已經(jīng)建立，并最終通知上層應(yīng)用程序。 （2）傳輸函數(shù) 傳輸函數(shù)將調(diào)用微型驅(qū)動中的mdSubmitChan函數(shù)。微型驅(qū)動中的mdSubmitChan函數(shù)將從適配模塊獲得一塊緩存，并將緩存中的新信息通過通道實(shí)例通知給中斷服務(wù)程序(ISR)。DIO模塊通過傳輸函數(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與微型驅(qū)動之間的通信。 2.2 PIP模塊和PIO模塊 DSP/BIOS中PIP模塊提供管理異步I/O的數(shù)據(jù)管道。每個(gè)管道對象都擁有一塊同樣大小的緩存，這些緩存分別為同樣數(shù)量的等長小塊。小塊的數(shù)量和長度在DSP/BIOS中設(shè)置。雖然小塊的長度是固定的，但應(yīng)用程序可以把小于這個(gè)長度的數(shù)據(jù)放入緩存小塊中。一個(gè)管道有兩個(gè)結(jié)束狀態(tài)：寫完緩存和讀完緩存。通常，無論哪個(gè)結(jié)束狀態(tài)都會激活I(lǐng)/O設(shè)備。數(shù)據(jù)通知函數(shù)用來執(zhí)行讀寫同步任務(wù)和通知PIP緩存填滿或清空。寫數(shù)據(jù)時(shí)，PIP_alloc函數(shù)用來獲得緩存，PIP_put函數(shù)用于將數(shù)據(jù)寫入緩存。寫完后，讀數(shù)據(jù)通知函數(shù)notifyReader將被調(diào)用。讀數(shù)據(jù)時(shí)，PIP_get函數(shù)用來接收緩存中的數(shù)據(jù)，PIP_free函數(shù)在數(shù)據(jù)不再被使用時(shí)將緩存清空。清空完后，寫數(shù)據(jù)通知函數(shù)notifyWriter將被調(diào)用。 PIO模塊通過PIP模塊從應(yīng)用程序中獲得緩存，并將獲得的緩存提供給微型驅(qū)動使用。當(dāng)微型驅(qū)動使用完緩存時(shí)，PIO模塊還可以將緩存交還給應(yīng)用程序。 PIO模塊必須實(shí)現(xiàn)下列基本功能函數(shù)： （1）主函數(shù) 當(dāng)應(yīng)用程序給設(shè)備分配緩存時(shí)，PIP的緩存管理調(diào)用rxPrime和txPrime函數(shù)。這兩個(gè)函數(shù)調(diào)用DSP/BIOS的API函數(shù)獲得緩存并提供給微型驅(qū)動使用。主函數(shù)負(fù)責(zé)給適配模塊和應(yīng)用程序的緩存分配發(fā)送起始信號。 （2）回調(diào)函數(shù) 當(dāng)微型驅(qū)動已完成內(nèi)存分配時(shí)，適配模塊通過回調(diào)函數(shù)rxCallback或txCallback通知微型驅(qū)動待調(diào)用函數(shù)的地址，同時(shí)回調(diào)函數(shù)也通知適配模塊緩存已經(jīng)建立，并最終通知給上層應(yīng)用程序。 （3）傳輸函數(shù)：傳輸函數(shù)將調(diào)用微型驅(qū)動中的mdSubmitChan函數(shù)。mdSubmitChan函數(shù)將從適配模塊中獲得一塊緩存，并將緩存的新信息通過通道實(shí)例通知給中斷服務(wù)程序(ISR)。PIO模塊通過傳輸函數(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與微型驅(qū)動之間的通信。 2.3 GIO模塊 GIO模塊在提供必要的同步讀/寫API函數(shù)及其擴(kuò)展函數(shù)的同時(shí)，將代碼和使用數(shù)據(jù)緩存的大小盡量簡化。如圖2所示，應(yīng)用程序可以調(diào)用GIO的API函數(shù)直接與微型驅(qū)動的IOM交換數(shù)據(jù)，這些API函數(shù)使得GIO成為了第三種類驅(qū)動。 當(dāng)調(diào)用GIO_create創(chuàng)建一個(gè)外部設(shè)備的通道實(shí)例時(shí)，GIO在通道實(shí)例中增加了狀態(tài)和I/O請求狀態(tài)結(jié)構(gòu)、IOM數(shù)據(jù)包（IOM_Packets）及一個(gè)GIO數(shù)據(jù)對象。GIO創(chuàng)建的通道實(shí)例的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： typedef struct GIO_Obj { IOM_Fxns *fxns; /* 函數(shù)表指針 */ Uns mode; /* 創(chuàng)建模式 */ Uns timeout; /* 超時(shí)時(shí)間 */ IOM_Packet syncPacket; /* 同步時(shí)使用的IOM_Packet */ QUE_Obj freeList; /* 異步I/O隊(duì)列 */ Ptr syncObj; /* 同步對象地址 */ Ptr mdChan; /* 通道實(shí)例地址 */ } GIO_Obj, *GIO_Handle; 函數(shù)表指針是應(yīng)用程序和微型驅(qū)動函數(shù)表(fxns)的接口；創(chuàng)建模式包括：輸入(IOM_INPUT)、輸出(IOM_OUTPUT)和雙向(IOM_INOUT)；IOM_Packet在類驅(qū)動和微型驅(qū)動間的異步操作時(shí)使用；同步對象地址指向特定通道的同步信號；通道實(shí)例地址指向微型驅(qū)動創(chuàng)建的通道實(shí)例。 3 微型驅(qū)動的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 類/微型驅(qū)動模型中的微型驅(qū)動直接控制外部設(shè)備。只要微型驅(qū)動創(chuàng)建了規(guī)定的函數(shù)，應(yīng)用程序就可以方便地通過DIO適配模塊、PIO適配模塊或(和)GIO類驅(qū)動調(diào)用。這些規(guī)定的函數(shù)包括：通道綁定函數(shù)(mdBindDev)、通道創(chuàng)建/刪除函數(shù)(mdCreateChan/mdDeleteChan)、I/O請求發(fā)送函數(shù)(mdSubmitChan)、中斷服務(wù)函數(shù)(ISRs)和設(shè)備控制函數(shù)(mdControlChan)。這些規(guī)定的函數(shù)將放入微型驅(qū)動的函數(shù)接口表(IOM_Fxns)中的相應(yīng)位置，供應(yīng)用程序通過適配模塊或GIO類驅(qū)動調(diào)用。函數(shù)接口表的結(jié)構(gòu)如下： typedef struct IOM_Fxns { IOM_TmdBindDev mdBindDev; IOM_TmdUnBindDev mdUnBindDev; IOM_TmdControlChan mdControlChan; IOM_TmdCreateChan mdCreateChan; IOM_TmdDeleteChan mdDeleteChan; IOM_TmdSubmitChan mdSubmitChan; } IOM_Fxns; 3.1 綁定通道函數(shù) DSP/BIOS設(shè)備初始化時(shí)將調(diào)用每個(gè)已注冊到微型驅(qū)動中的綁定函數(shù)(mdBindDev)。綁定函數(shù)一般要實(shí)現(xiàn)下列功能：根據(jù)配置的設(shè)備參數(shù)和可能存在的全局設(shè)備數(shù)據(jù)初始化外圍設(shè)備；掛入中斷服務(wù)函數(shù)(ISRs)；獲得緩存、McBSPs、McASPs和DMA等資源。 如果微型驅(qū)動使用多個(gè)外部設(shè)備，則DSP/BIOS為每個(gè)外設(shè)調(diào)用綁定函數(shù)。設(shè)備參數(shù)devid用來區(qū)分設(shè)備。如果支持一個(gè)設(shè)備，則綁定函數(shù)必須檢查是否已經(jīng)有設(shè)備綁定。 微型驅(qū)動如果使用靜態(tài)數(shù)據(jù)來減少實(shí)時(shí)處理的動態(tài)數(shù)據(jù)分配，可以使用輸入/輸出數(shù)據(jù)指針(devp)。輸入/輸出數(shù)據(jù)指針將傳給通道創(chuàng)建函數(shù)(mdCreateChan)。 3.2 通道創(chuàng)建/刪除函數(shù) 從應(yīng)用的觀點(diǎn)出發(fā)，在應(yīng)用程序和外部設(shè)備之間必須有一個(gè)邏輯交流通道用來交換數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序通過微型驅(qū)動創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)邏輯通道對象作為應(yīng)用程序的邏輯通道。通道創(chuàng)建函數(shù)(mdCreateChan)根據(jù)需要創(chuàng)建通道對象并給通道對象設(shè)置初始值。通道刪除函數(shù)(mdDeleteChan)則刪除已創(chuàng)建好的通道對象。雖然每個(gè)微型驅(qū)動的通道對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都略有不同，但有些字段是必須的，如通道模式、等待I/O 包序列和回調(diào)函數(shù)。以下是一個(gè)常見的通道對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： typedef struct ChanObj { Bool inuse; /*如果為TRUE，則通道已打開*/ Int mode; /*通道模式*/ IOM_Packet *dataPacket; /*I/O 包*/ QUE_Obj pendList; /*等待I/O 包序列*/ Uns *bufptr; /*當(dāng)前緩存指針*/ Uns bufcnt; /*未處理的緩存數(shù)目*/ IOM_TiomCallback cbFxn; /*回調(diào)函數(shù)*/ Ptr cbArg; /*回調(diào)函數(shù)參數(shù)地址*/ } ChanObj, *ChanHandle; 3.3 I/O請求發(fā)送函數(shù) 微型驅(qū)動中的I/O請求發(fā)送函數(shù)(mdSubmitChan)用來處理IOM_Packet包中的命令字段。根據(jù)不同命令字段，微型驅(qū)動將處理命令或返回錯誤信息(IOM_ENOTIMPL)。 微型驅(qū)動支持的命令字段有：IOM_READ、IOM_WRITE、IOM_ABORT和IOM_FLUSH。微型驅(qū)動創(chuàng)建的輸入通道由IOM_READ命令來執(zhí)行輸入任務(wù)，創(chuàng)建的輸出通道則由IOM_WRITE命令來執(zhí)行輸出任務(wù)。要放棄或者刷新已經(jīng)發(fā)送的I/O請求，可以使用IOM_ABORT或IOM_FLUSH命令。當(dāng)放棄時(shí)，I/O請求包隊(duì)列中的所有輸入輸出請求都將被放棄。當(dāng)刷新時(shí)，所有的I/O輸出包順序執(zhí)行，而所有的輸入I/O包都被放棄。 3.4 中斷服務(wù)函數(shù) 微型驅(qū)動的中斷功能就是去處理外部設(shè)備的觸發(fā)事件，例如周期性的中斷。中斷通常是表示外設(shè)采樣完數(shù)據(jù)或者處理完數(shù)據(jù)，也可以用于為DMA提供同步信號，微型驅(qū)動必須處理這些中斷。通常微型驅(qū)動中的中斷服務(wù)函數(shù)ISRs必須完成以下功能：出列IOM_Packet請求；設(shè)置下一次傳送或服務(wù)請求；調(diào)用類驅(qū)動的回調(diào)函數(shù)以保證和應(yīng)用程序同步，并返回IOM_Packet。 3.5 設(shè)備控制函數(shù) 微型驅(qū)動支持的控制操作因不同的外部設(shè)備而異。IOM定義了一些通用的控制代碼供驅(qū)動程序調(diào)用。特定設(shè)備獨(dú)有的控制代碼必須自己編寫，其特征值必須大于128(IOM_CNTL_USER)。目前IOM支持的通用的控制代碼有： IOM_CHAN_RESET：將創(chuàng)建的通道實(shí)例重新恢復(fù)到初始狀態(tài)。 IOM_CHAN_TIMEDOUT：當(dāng)應(yīng)用程序或類驅(qū)動超時(shí)時(shí)，此控制代碼將進(jìn)行超時(shí)操作。例如，一個(gè)超時(shí)的IOM_Packet，如果沒執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，可能會被返回類驅(qū)動。 IOM_DEVICE_RESE：外部設(shè)備重新恢復(fù)到初始狀態(tài)，它將影響為這個(gè)外部設(shè)備創(chuàng)建的所有通道實(shí)例。 微型驅(qū)動支持的控制代碼和控制操作必須告訴使用微型驅(qū)動的應(yīng)用程序開發(fā)者，特別要注明該代碼的針對對象(是針對通道實(shí)例還是針對設(shè)備實(shí)例)。例如：改變外設(shè)波特率的控制代碼，必須注明是針對某個(gè)通道或者所有通道的，否則容易給應(yīng)用程序帶來錯誤。 4 類/微型驅(qū)動模型驅(qū)動應(yīng)用實(shí)例——C64x系列DSP/BIOS中PCI設(shè)備的驅(qū)動 4.l 微型驅(qū)動的設(shè)計(jì)與編寫 （1）設(shè)計(jì)mdBindDev的部分程序代碼: static Int mdBindDev(Ptr *devp, Int devid, Ptr devParams) { …… QUE_new(&device.highPrioQue); /* 建立IOM包隊(duì)列 */ QUE_new(&device.lowPrioQue); …… hwiAttrs.ccMask = IRQ_CCMASK_NONE; /*初始化PCI中斷 */ hwiAttrs.arg = NULL; IRQ_map(IRQ_EVT_DSPINT, intrId); HWI_dispatchPlug(intrId, (Fxn)isr, -1, &hwiAttrs); } （2）設(shè)計(jì)mdCreateChan的部分程序代碼 static Int mdCreateChan(Ptr *chanp, Ptr devp,String name,Int mode,Ptr chanParams, IOM_Tiom Callback cbFxn, Ptr cbArg) { …… chan = MEM_alloc(0, sizeof(ChanObj), 0); chan-＞queue = &device.highPrioQue; /*通道初始化 */ …… if (device.openCount == 0) { PCI_intEnable(PCI_EVT_PCIMASTER); /*PCI設(shè)備中斷初始化 */ …… IRQ_enable(IRQ_EVT_DSPINT); } *chanp = chan; /*返回創(chuàng)建通道 */ } （3）設(shè)計(jì)mdSubmitChan的部分程序代碼 static Int mdSubmitChan(Ptr chanp, IOM_Packet *pPacket) { ChanHandle chan = (ChanHandle)chanp;/*掛載已創(chuàng)建通道 */ …… req=(C64XX_PCI_Request *)packet-＞addr;/*I/O請求包地址*/ req-＞reserved = chan; …… /*處理讀寫請求包 */ if (packet-＞cmd == IOM_READ || packet-＞cmd ==IOM_WRITE) { imask = HWI_disable(); QUE_enqueue(chan-＞queue, packet) …… } ……/* 處理其它功能的請求包 */ removePackets(chan, packet-＞cmd);/*移除已處理的請求包 */ } 中斷服務(wù)函數(shù)(ISRs)和設(shè)備控制函數(shù)(mdControlChan)的結(jié)構(gòu)與以上I/O請求發(fā)送函數(shù)(mdSubmitChan)的結(jié)構(gòu)類似，本文不再作敘述。 4.2 在DSP/BIOS中注冊微型驅(qū)動 打開DSP/BIOS配置工具，如圖3所示。右鍵點(diǎn)擊User-Defined Devices圖標(biāo)，選擇插入選項(xiàng)，并重新命名為PCICHAN。右鍵點(diǎn)擊PCICHAN，選擇屬性選項(xiàng)，進(jìn)行注冊，如圖4所示。 4.3 編寫類驅(qū)動 本例的類驅(qū)動使用通用輸入輸出模塊，首先右鍵點(diǎn)擊圖3中的GIO Manager，選擇啟動GIO。在應(yīng)用程序中，GIO_create函數(shù)使用微型驅(qū)動PCICHAN來創(chuàng)建通道實(shí)例，通過調(diào)用GIO_submit函數(shù)完成應(yīng)用程序?qū)CI設(shè)備的讀寫操作等。源代碼如下： （1）創(chuàng)建通道 GIO_Handle pciChan; C64XX_PCI_Attrs pciChanParam; C64XX_PCI_Request pciChanRequest; C64XX_PCI_DevParams pciChanDevParam; GIO_AppCallback pciChanCallBack; pciChan= GIO_create('/PCICHAN',IOM_INOUT, &status, NULL, NULL); （2）發(fā)送讀請求包 pciChanRequest.srcAddr = (Ptr)BitsBuffer; pciChanRequest.dstAddr = (Ptr)m_DspControl.CstartAddr; pciChanRequest.byteCnt = length+20; pciChanRequest.options = PCI_WRITE; pciChanReqSize = sizeof(pciChanRequest); status = GIO_submit(pciChan,IOM_WRITE,&pciChanRequest,&pciChanReqSize,NULL); 通過上述三個(gè)步驟，PCI設(shè)備的DSP/BIOS驅(qū)動設(shè)計(jì)就基本上完成了。應(yīng)用程序可以通過使用類驅(qū)動來復(fù)用PCI設(shè)備，這樣極大地提高了驅(qū)動的工作效率，對PCI外設(shè)的控制也大為簡化了。 |
