作者：華中科技大學(xué) 邱華 花駿 謝自美

摘要 在開發(fā)數(shù)據(jù)流設(shè)備的驅(qū)動程序時，采用中斷驅(qū)動的I／O方式結(jié)合緩沖區(qū)的使用，可以將數(shù)據(jù)的接收和系統(tǒng)調(diào)用read隔離開來，提高設(shè)備在系統(tǒng)中的運行效率。本文在討論uClinux下中斷處理程序和底半部分的開發(fā)的基礎(chǔ)上，以一種電信E1線路和以太網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備上數(shù)據(jù)流設(shè)備為例，講述中斷驅(qū)動的I／O方式的驅(qū)動程序開發(fā)。主要過程是在中斷期間填充數(shù)據(jù)到緩沖塊，并用鏈表將緩沖塊串接起來；在系統(tǒng)調(diào)用read期間從緩沖塊取走數(shù)據(jù)，再將緩沖塊放到自由鏈表中備用。涉及驅(qū)動程序中常用的阻塞式I／O和自旋鎖等技術(shù)應(yīng)用。通過使用上述多種技術(shù)開發(fā)的數(shù)據(jù)流設(shè)備驅(qū)動程序，確保系統(tǒng)穩(wěn)定高效的動作。

關(guān)鍵詞 uClinux 中斷驅(qū)動 I／O方式

引 言

在32位微處理器逐漸成為嵌入式系統(tǒng)主流的同時，嵌入式應(yīng)用也變得越來越復(fù)雜。許多嵌入式系統(tǒng)都不得不借助于專用的操作系統(tǒng)來支撐自己的應(yīng)用。uClinux作為類Unix操作系統(tǒng)，繼承了Linux的各種優(yōu)秀的品質(zhì)，成為首選的嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

為自己的設(shè)備在操作系統(tǒng)下添加驅(qū)動程序，是嵌入式設(shè)計必不可少的部分。針對不同的設(shè)備類型，選擇合適的驅(qū)動程序的模式，同樣也是十分重要的。通常的設(shè)備驅(qū)動采用直接I／O的方式，如存儲器、看門狗等；而對于象網(wǎng)絡(luò)這樣的數(shù)據(jù)流設(shè)備的驅(qū)動，則應(yīng)該用到中斷機(jī)制。

本文以uClinux為背景，以一種數(shù)據(jù)流設(shè)備為目標(biāo)，介紹中斷驅(qū)動的I／O設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)。

1 應(yīng)用背景

1.1 硬件描述

本文介紹的驅(qū)動程序是應(yīng)用在一種電信E1線路和以太網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備上的。它是旁路接收E1數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到以太網(wǎng)的某一臺服務(wù)器上，在服務(wù)器上對E1的話路和信令時隙分析。

該設(shè)備中的處理器是采用三星公司出品的網(wǎng)絡(luò)型ARM處理器S3C4510B。E1線路接口采用Dallas半導(dǎo)體公司的專用El接口單元(LIU)芯片DS2148，它完成波形整理、時鐘恢復(fù)和HDB3解碼。DS2148將整理后的E1數(shù)據(jù)流送給一片Altera公司的Cyclone系列的FPGA(EPlC3T144C8)，它將串行的E1數(shù)據(jù)流存入到FIFO，再通過ARM的32位外部總線將數(shù)據(jù)傳送給ARM。ARM將數(shù)據(jù)打包通過以太網(wǎng)發(fā)送到服務(wù)器上。圖l所示是本系統(tǒng)的硬件框圖。本文主要介紹接在ARM的外部總線上的FPGA，在uClinux下的驅(qū)動程序中斷機(jī)制的設(shè)計。

1．2硬件連接

S3C4510B處理器和FPGA的連接電路如圖2所示。

1.3 FPGA內(nèi)FIFO的結(jié)構(gòu)

在FPGA內(nèi)部設(shè)置了兩個FIFO。為了防止ARM和FPGA操作的沖突，ARM和FPGA對兩個FIFO操作采用乒乓方式，這樣ARM和FPGA就可以同時操作不同的FIFO，而不需要等待。FIFO的大小是4096位，能容納一個E1復(fù)幀的數(shù)據(jù)量。當(dāng)FPGA將一個FIFO填滿后，會用中斷的方式通知ARM來讀FIFO，同時FPGA會置內(nèi)部的F1FO狀態(tài)寄存器。FIFO)狀態(tài)寄存器命名為fpga_imf，是一個32位的寄存器，用其中某幾位置“l(fā)”，表示對應(yīng)的FIFO需要讀取。

2 軟件設(shè)計

中斷驅(qū)動的I／O是指，輸人數(shù)據(jù)在中斷期間被填充到緩沖區(qū)內(nèi)，并由讀取該設(shè)備的進(jìn)程取走緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)；輸出緩沖區(qū)由寫設(shè)備的進(jìn)程填充，并在中斷期間取走數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)緩沖可以將數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收與write及read系統(tǒng)調(diào)用分離開來，提高系統(tǒng)的整體性能。下面是uCllnux下的中斷程序的設(shè)計。

2.1 uClinux下的中斷程序

在uClinux系統(tǒng)中，通過調(diào)用下面這個函數(shù)向系統(tǒng)申請一個中斷通道(或中斷請求IRQ)，并在處理完以后釋放掉它。

mt reqLIest_irq(unsigned int irq，void(*handler)(int，vold*，
struct pt_regs*)，unsigned 10ng flags，const chat*device，
vold*dev_id)；
void free_irq(unstgned int lrq，VOid*dev_id)；

其中，irq是中斷號。在本系統(tǒng)中它對應(yīng)于S3C4510B的21個中斷源。這里用的是中斷源O。handler指向要安裝的中斷處理函數(shù)的指針。flags是一個與中斷管理有關(guān)的各種選項的字節(jié)掩碼。device傳遞給request_irq的字符串，在／proc／interrupts中用于顯示中斷的擁有者。dev_id指針用于共享的中斷信號線。函數(shù)的返回值為O時表示成功，或者返回一個負(fù)的錯誤碼。函數(shù)返回一EBUJSY通知另一個設(shè)備驅(qū)動程序已經(jīng)使用了要申請的中斷信號線。下面是FPGA的設(shè)備中斷申請函數(shù)。這個函數(shù)是在驅(qū)動中的fpga_open函數(shù)中被調(diào)用的。

int fpga_open(struct inode*inocle，stuct_file*file){
int result;
result=request_irq(FPGA_IRQ，δfpga_isr，SA_INTER-RUPT,″fpga″,NULL)；
if(resuIt!=O){
printk(KERN_INFO”Can not register FPGA ISR!＼n”)；}else{
printk(KERN_INFO″FPGA ISR Register succ