QNX 4.25设备驱动程序的编写

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍实时操作系统QNX4.25下编写设备驱动程序的大体框架、底层细节以及诸多注意点。针对使用较为普遍的PCI设备作为较为详细的描述。 关键词:驱动程序 QNX 实时操作系统 PCI 引言 QNX是一个多任务、多用户、分布式、可嵌入式符合POSIX标准的微内核的主流实时操作系统,广泛用于实时性能、开发灵活性、网络灵活性要求较高的场合,如电信系统、医疗仪器、航空航天、工业自动化、交通运输、POS机、信息家电等。 QNX是一个适合软件/硬件定制的实时操作系统。如果你曾经试图在传统的UNIX或Windows平台下开发设备驱动程序,那么,QNX下开发驱动程序一定会让你受宠若惊。由于QNX的微内核结构,QNX下的系统进程和用户所写的进程没有什么不同,甚至没有私有的隐藏起来的以至用户不能使用的界面。正是这种结构给QNX带来了无与伦比的可扩展性,使得在QNX下写驱动程序如同写其它程序一般方便。设备驱动程序能够获取普通程序所能获得的任务服务。在QNX中增加一个新的驱动程序不会影响操作系统其它程序的任何部分,QNX环境所需的唯一改变是实现地启动新的驱动程序。 当然,我们会遇到形形色色的硬件设备,某些驱动程序可能将以特殊方式控制设备的存在和配置。本文只想集中讨论QNX下如何进入、控制设备级的通用硬件,对所有驱动程序来讲这是一个共性问题。其中,将对使用较多的PCI设备作较为详细的叙述。以下是硬件驱动程序的编写。 1 探测硬件 首先,需要判断设备是否存在,然后查询该设备的配置(例如,设备基地址、中断号等)。对于某类设备,一般会有一大相应的标准机制来判断其配置。每块设备的基地址、中断号等是编程必须的资源,例如,常用的ISA及PCI硬件设备。对于ISA设备,一般由板上手工跳线设定,不言自明;对于常用的PCI设备,这些资源会由系统自动分配,特别是添减设备,可能会发生变化。因此,在驱动程序中能够动态查找这些资源显得比较重要。对于诸如A/D、D/A、定时卡、I/O板卡这类设备,对照硬件手册编写一些简单的驱动程序并不困难。如果有DOS下驱动程序的C源码,移值应该更容易一些。 为了实现对PCI总线设备的控制和管理,必须访问PCI设备的配置空间。配置空间是一容量为256字节并具特定纪录结构的地址空间。该地址空间的结构如图1所示。NQX4.25pp sys/pci.h中对应的结构体定义。 每个PCI设备具有唯一的厂商标识(vendor id)和设备标识(device id),这些信息由硬件手册提供或系统启动时可以看到。下面一段代码展示了于一个给定的PCI设备如何调用QNX相关的函数、侦测设备的存在以及系统分配的资源。其中,标识(index)用来支持和区分具有同样厂商标识和设备标识的几块同样的设备。Index从0开始,如果指定为1,将标识第二块同型号的设备。 本例中,YOUR_PCI_DEVICE_ID、YOUR_PCI)CENDOR)OD值是研华的PCL-1713采集卡,可以根据所使用的硬件填以合适的值。 以根据所使用的硬件填以合适的值。 #include #include #include #include #include #include #include #include #define YOUR_PCI_DEVICE_ID0x1713 //根据具体设备提供对应的厂商标识及设备标识 #define YOUR_PCI_VENDOR_ID 0x13fe int main(void){ unsigned busnum,devfuncnum; //总线号(PC仅有一条)及设备功能号 long address; long io_base; //I/O基地址 unsigned char irq; //中断号 int pci_index=0 //标识为零标识第一块此种型号设备 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); } //侦测设备中断 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); } //侦测设备I/O基地址 if_CA_PCI_Read_Config_DWord(busnum,devfuncnum,offsetof(struct_pci_config_regs,Base_[2]), 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:各种设备的Base_Address_Regs[x],x可能不尽相同,需要查看具体的硬件手册决定。 2 进入硬件 一旦获得了系统分配给某个硬件设备的资源信息,就可以同这个设备进行通信了。至于如何做取决于需要访问的硬件资源。 2.1 I/O资源 一个进程试图进行I/O操作,必须具有正确的权限等级。你必须是超及用户(root),在编译的时候加上适当参数T1,以确何该进程拥有访问I/O口的权限。若忽视这一点,该运行进程将获得一个口的权限。若忽视这一点,该运行进行将获得一个SIGSEGV信号,表示一个非法的内存引用,并结束进程运行。 现在就可以利用inp()、inpd()、inpw(),outp(),inpd(),inpw(0等函数,对I/O基地址(I/O base address)加上寄存器偏移量(offset)处的I/O进行操作了。例如: outpw(baseaddress+offset_reg,0xdeadbeef); 此外,对于一些设备,其I/O口是固定、众所皆知的,例如,一块VGA兼容的设备,并无上述所谓基地址。通过0x3c0、0x3d4、0x3d5,可以直接进入这些VGA的控制器。例如: outp(0x3d4,0x11); outp(0x3d5,inp(0x3d5)%26;amp; ~0x80); 2.2 存储映射资源 某些设备,可以通过一般的内存操作进入寄存器,这就需要获得内存基地址(memory base address)。为了能够获进入此类设备的寄存器,需要将其映射到驱动程序虚拟地址空间。QNX下的技术资料/etc/readme/technotes/shmem.txt描述了如何创建一个共享内存对象,然后将这个内存对象的一段内存映射到PCI卡中,以便能够进入这个PCI设备。(接着上面的代码)可以利用mmap(): char *mem_base; if(PCI_IS_MEM(address)){ //判断内存基地址 int fd; char *page_ptr; fd=shm_open("Physical",O_RDWR,0777);//创建一个共享内存对象 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);//将内存基地址映射 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); 现在可以使用指针mem_base来进入设备寄存器了。例如: mem_base[SHUTDOWN_REGISTER]=0x0xdeadbeef; 2.3 中断资源 超级用户(root)可以调用qnx_hint_attach()将一个中断处理程序绑定到一个设备上。中断处理程序作为一个远程调用(far),在进程空间(Localdescriptor Table set)运行。该函数最后一个参数设置数据段。寄存器SS为一个特别的内核栈,这不同于数据段(DS)。因此,需要在中断处理程序及其调用的函数中关断栈检查。大部分系统库中的函数在编译的时候都关断了栈检查,然而,对于需要使用大量内存的函数可能并非如此。后者即是那些在中断处理程序中不可调用的函数,如printf()、open()。通过QNX具体函数在线资源的Safety→Interrupt handler项进行判断该函数是否可以调用。如果函数中包括任何自动(auto)变量,强烈建议将中断函数放在自身文件中,然后利用参数-zu选项编译之。这样能够告知编译器,使得SS!=DS。 任何被中断处理程序修改的变量需要指定为volatile关键字。中断处理程序的返回值必须为0;或某个有效的代码号(proxy pid),以此来触发一个代码从而发送一则消息。 下面总结一个中断处理程序编写时的注意点: ①只能和自己的硬件对话(如,清除设备的中断状态位),千万不要对8259中断控制器编程! ②使中断处理程序尽可能的短小。如果有很多的工作需要做,必须触发一个代理,并且它唤醒一个进程完成这些工作,以保证其它进程及低优先级的中断正常运行,提高系统的实时响应能力。 ③中断处理程序不能调用含有内核调用的例程。 ④中断处理程序必须是一个远程(far)调用函数。 ⑤中断处理程序必须在自己的模块中。 ⑥无论程序中其它模块是如何编译的,包含中断处理程序的模块必须是利用-zu和-s选项编译。(利用cc-zu-Wc-s)这些选项能够保证SS!=DS,并且关断栈检查。当然,也可使用: #pragma off(check_stack); pid_t far handler_xxx(){ return(proxy_xxx); } #pragma on(check_stack); 在试图编写执行一个中断处理程序前,务必仔细阅读在线文档。现在,可以参照硬件手册自由地对您的设备寄存器进行操作了。 结语 在HT-7U极向场电源控制系统中,我们在QNX4.25下开发了多种设备的驱动程序。这些程序工作稳定、性能优异、工作量小且易于控制。此外,QSSL公司的新版本QNX6.x下开发驱动更为方便,其原理同QNX4.25相似或者是对应的。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/embed/200703/12265.html
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