基于VxWorks操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PC/104-CAN適配卡的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

來(lái)源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，作者：解月工，秦龍勇，謝拴勤，彭衛(wèi)東

1 PC/104-CAN適配卡的硬件結(jié)構(gòu)

PC/104-CAN適配卡主要由CAN控制器（SJA1000）、光電隔離（6N137），收發(fā)驅(qū)動(dòng)器（82C250）及譯碼電路組成。編程主要了解的是控制器SJA1000。CAN適配卡原理如圖1所示。

2 CAN地址譯碼和中斷選擇

系統(tǒng)104主板的CPU為486DX，其對(duì)接口板訪問(wèn)有兩種方式：內(nèi)存映射和I/O訪問(wèn)。I/O尋址采用專門的指令，每次只能傳送單個(gè)字節(jié)。內(nèi)存映射方式可以訪問(wèn)較大的地址空間并且指令豐富，便于實(shí)現(xiàn)快速交換數(shù)據(jù)。本文討論的CAN卡采用存映射模式工作，與486DX接口是104總線，它與 ISA總線兼容。對(duì)于Intel X86體系的CPU，ISA可以映射的空間為0xC8000～0xEFFFF。使用比較器和地址選擇開關(guān)組成可選端口地址譯碼電路，通過(guò)開關(guān)選通內(nèi)存映射基地址（C8000H、C9000H、CA000H、…、EF000H），以避免與其它器件沖突。CAN偏移地址分配如下：

00～FFH SJA1000的寄存器；

100H～1FFH 對(duì)該范圍內(nèi)的任意地址進(jìn)行寫操作，均可導(dǎo)致CAN硬件復(fù)位。

SJA1000的INT引腳通過(guò)跳線選擇IRQ3～7、IRQ9～12或IRQ15中的一個(gè)，避免與其它的適配卡沖突。

3 PC/104-CAN適配卡驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

3.1 VxWorks驅(qū)動(dòng)概述

VxWorks操作系統(tǒng)有兩種方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。第一種方式是，把設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序作為獨(dú)立任務(wù)實(shí)現(xiàn)，直接在頂層任務(wù)中實(shí)現(xiàn)硬件操作，完成特有專用的驅(qū)動(dòng)程序。第二種方式是，VxWorks的I/O系統(tǒng)將設(shè)備程序作為內(nèi)核過(guò)程實(shí)現(xiàn)。這種方式便于實(shí)現(xiàn)I/O子系統(tǒng)的層次模型，便于文件系統(tǒng)一起把設(shè)備作為特殊文件處理，提供統(tǒng)一的管理、統(tǒng)一的界面和統(tǒng)一的使用方法，并把設(shè)備、文件及網(wǎng)絡(luò)通信組織成為一致的更高層次的抽象，為用戶提供統(tǒng)一的系統(tǒng)服務(wù)和用戶接口。我們和這種驅(qū)動(dòng)方式。

作為I/O系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的連接層，VxWorks驅(qū)動(dòng)就是屏蔽硬件操作，為I/O系統(tǒng)提供服務(wù)。實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)，必須了解VxWorks下I /O的三個(gè)基本元素：File、Driver和Dervice。File是為用戶提供訪問(wèn)設(shè)備的統(tǒng)一接口；Driver是實(shí)現(xiàn)具體的基本控制函數(shù)，也就是實(shí)現(xiàn)I/O系統(tǒng)所需要的接口；而Device則是一個(gè)抽象的硬件設(shè)備，是一系列的結(jié)構(gòu)體、變量和宏定義對(duì)實(shí)際物理設(shè)備的定義。一般而言，實(shí)現(xiàn)一個(gè)驅(qū)動(dòng)應(yīng)該有三個(gè)基本的步驟：①用編程語(yǔ)言完成對(duì)實(shí)際物理設(shè)備的抽象；②完成系統(tǒng)所需要的各類接口及自身的特殊接口；③將驅(qū)動(dòng)集成到操作系統(tǒng)中。之后還有一些調(diào)試工作。

3.2 VxWorks I/O系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序框架

VxWorks為各種設(shè)備（包括字符設(shè)備、塊設(shè)備、虛擬設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）提供統(tǒng)一的訪問(wèn)接口，包括七種基本的I/O函數(shù)：open（filename、flags、mode），create（filename、flags），read（fd、&buf、 nBytes），write（fd、&buf、nBytes），ioctl（fd、command、arg），close（fd）及 remove（filename）。I/O系統(tǒng)所起的作用就是，把用戶請(qǐng)求分配到與設(shè)備對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)例程中去。VxWorks系統(tǒng)中有一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序列表，其形式如表1所列。

表1 設(shè)備驅(qū)動(dòng)列表（調(diào)試時(shí)可利用iosDrvShow（）查看）

I/O系統(tǒng)的可動(dòng)態(tài)調(diào)用iosDrvInstall（）函數(shù)將設(shè)備的驅(qū)動(dòng)例程（即XXOpen（）、XXClose（）、XXRead（）等）加入到設(shè)備驅(qū)動(dòng)列表中，如圖2所示。

同樣，系統(tǒng)中有一個(gè)設(shè)備列表，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)于設(shè)備列表中的一項(xiàng)，每一項(xiàng)包括設(shè)備名稱和設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)，同時(shí)包括一個(gè)設(shè)備描述的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)第一個(gè)變量是DEV_HDR類型的變量DEV_HDR。

DEV_HDR的定義如下：

Typedef struct

{

DL_NODE node； /*設(shè)備列表節(jié)點(diǎn)*/

short drvNum; /*驅(qū)動(dòng)號(hào)碼*/

char *name; /*設(shè)備名*/

}DEV_HDR；

系統(tǒng)調(diào)用iosDevAdd（），可以將設(shè)備加入到設(shè)備列表中。系統(tǒng)中將驅(qū)動(dòng)和設(shè)備聯(lián)系起來(lái)的就是文件描述符列表，每個(gè)文件描述符列表除了包括驅(qū)動(dòng)號(hào)、設(shè)備ID外，還包括文件名、可用標(biāo)志和指向DEV_HDR的指針。系統(tǒng)每次成功執(zhí)行open（），返回一個(gè)文件描述符，這樣對(duì)于設(shè)備的 read（）、write（）及ioctl（）就可以通過(guò)文件描述符進(jìn)行。

文件描述符表（調(diào)試時(shí)調(diào)用iosFdShow（）查看）如下：

I/O系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)（一般掛接在usrroot（）），XXDrv（）和XXDevCreade（）便將設(shè)備及其驅(qū)動(dòng)加入相應(yīng)的列表中。

3.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的訪問(wèn)過(guò)程

下面以CAN驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槔?，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)程序的訪問(wèn)過(guò)程。（假定設(shè)備名“/can/1”并且以CAN設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槔?，上述中的XX在這里用Can代替。）

①fd=open（“/can/1”，O_RDWR，0644）

②I/O系統(tǒng)在設(shè)備列表中尋找設(shè)備名為/can/1的設(shè)備項(xiàng)，找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)。

③I/O系統(tǒng)在文件描述符中保留一個(gè)文件描述符空間。

④I/O系統(tǒng)在設(shè)備驅(qū)動(dòng)列表中找到對(duì)應(yīng)的CanOpen（CAN_DEV*PCAN_DEV，UBYTE*remainder，int flags），該驅(qū)動(dòng)例程返回設(shè)備描述符的指針。

⑤I/O系統(tǒng)將設(shè)備描述符的指針存儲(chǔ)在文件描述符列表的Device ID，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)存儲(chǔ)在文件描述符的Driver num項(xiàng)。最后I/O系統(tǒng)返回該描述符項(xiàng)的索引（即為fd）。

⑥這樣應(yīng)用程序中的read（）和write（）等函數(shù)調(diào)用就可以根據(jù)fd找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)號(hào)，進(jìn)而找到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)例程。

4 CAN驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)

CAN驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)即是完成下面七個(gè)函數(shù)的編寫。下面簡(jiǎn)要介紹其完成的功能，并用偽指令進(jìn)行說(shuō)明。

int drv_num; ;/*驅(qū)動(dòng)號(hào)碼*/

typedef struct {

DEV_HDR pCANHDR; /*這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須放在設(shè)備描述符的最初部分*/

/*其余與驅(qū)動(dòng)有關(guān)數(shù)據(jù)*/

}CAN_DEV； /*CAN設(shè)備描述符*/

CAN_DEV can_chan_dev；

STATUS CanDrv（void）{

完成驅(qū)動(dòng)的一些初始化；

intconnect（）; /*連接所選的IRQ與中斷處理函數(shù)*/

sysIntEnablePIC（）; /*486DX允許中斷*/

drv_num=iosDrvInstall（CanOpen，NULL，CanOpen，CanClose，CanRead，CanWrite，CanIoctl）；/*將設(shè)備驅(qū)動(dòng)例程裝入設(shè)備列表中*/

}

/*iosDrvInstall（）將設(shè)備的CAN驅(qū)動(dòng)例程加入設(shè)備驅(qū)動(dòng)列表中，7個(gè)參數(shù)為7個(gè)驅(qū)動(dòng)例程的進(jìn)入點(diǎn)（entry point），如果沒(méi)有某個(gè)例程，則傳遞NULL。*/

STATUS CanDevCreate（）{

完成一些設(shè)備初始化

iosDevAdd （&Can_chan_dev.pCANHDR，“can0”，drv_num）；/*將設(shè)備放入設(shè)備驅(qū)動(dòng)列表中*/

}

int CanOpen（CAN_DEV *pCan_Dev，UBYTE *remainder，int flags）{

CAN卡硬件復(fù)位

CAN卡關(guān)中斷

CAN卡進(jìn)入軟件復(fù)位模式

設(shè)置CAN卡工作寄存器，如接收碼寄存器和屏蔽碼寄存器等

CAN卡開中斷和進(jìn)入操作模式

Return（（int）pCan_Dev）; /*注意必須返回設(shè)備描述結(jié)構(gòu)指針*/

}

int CanRead（int CAN_DEV_ID，UBYTE * buf，int nBytes）{

等待信號(hào)量（該信號(hào)量由中斷處理例程釋放）

從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)

釋放接收緩沖

返回接收數(shù)據(jù)數(shù)量

}

int CanWrite（int CAN_DEV_ID，UBYTE* buf，int nbyte）{

查詢發(fā)送緩沖是否可用

向發(fā)送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)

命令發(fā)送

查詢發(fā)送完成標(biāo)志

返回發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)量

}

void interrupt_handle_routin（int arg）{

處理中斷事件

發(fā)送（釋放）信號(hào)量

}

限于篇幅，其它函數(shù)略。

5 CAN驅(qū)動(dòng)調(diào)試

硬件驅(qū)動(dòng)的調(diào)試是件十分麻煩的事，經(jīng)驗(yàn)十分重要。這里簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)幫助調(diào)試的函數(shù)。

①可以調(diào)用iosDrvShow（）、iosDevShow（）及iosFdShow（）查看相關(guān)內(nèi)容，判斷并將驅(qū)動(dòng)及設(shè)備中入相應(yīng)列表。

②使用logMsg（）現(xiàn)實(shí)相關(guān)內(nèi)容，以定位錯(cuò)誤。

初期調(diào)試，示波器和信號(hào)燈是非常有用的，可以確定硬件的工作狀況，從而有助于發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤。

6 小結(jié)

筆者采用兩種方式完成了CAN卡驅(qū)動(dòng)。相對(duì)于第一種（筆者亦完成），第二種方式——VxWorks的I/O系統(tǒng)將設(shè)備程序作為內(nèi)核過(guò)程實(shí)現(xiàn)，大大減少了系統(tǒng)的開銷，實(shí)時(shí)性和可靠性有了很大的提高，并且為用戶提供了統(tǒng)一的接口，使用十分方便。

開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，輔助工具是非常有用的。Windows下的開發(fā)工具就比較多，而在VxWorks下開發(fā)驅(qū)動(dòng)的工具相對(duì)較少。Windriver 是一款不錯(cuò)的開發(fā)工具，可以開發(fā)VxWorks下的驅(qū)動(dòng)程序（也可以開發(fā)其它操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序）。正確、熟練地使用這些輔助工具，會(huì)使開發(fā)工作事半功倍。

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