基于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的MPC8260的ATM控制器設(shè)計(jì)

本文介紹了PowerPC MPC8260工作在ATM模式的原理，給出了在VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的END模式的ATM驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)該驅(qū)動(dòng)通過(guò)Mux層在IP層與鏈路層之間建立了數(shù)據(jù)傳輸通道。
　　PowerPC MPC8260的
　　FCC工作在ATM模式的原理
　　MPC8260 PowerQUICCⅡ是飛思卡爾PowerPC系列CPU芯片主導(dǎo)產(chǎn)品，它的通信處理機(jī)模塊（CPM）同時(shí)支持三個(gè)快速串行通信控制器（FCC），F(xiàn)CC支持同步高速率協(xié)議HDLC、Ethernet和ATM。FCC控制器工作在ATM模式時(shí)，通過(guò)UTOPIA接口與物理層連接，原理圖如圖1所示。
　　在設(shè)備接收數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)接收到的信元（cell，53字節(jié)）進(jìn)行地址映射，把VPI/VCI映射為邏輯通道號(hào)，對(duì)應(yīng)有緩沖描述符及緩沖內(nèi)容。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，把帶有數(shù)據(jù)緩沖信息的通道號(hào)通過(guò)ATM步長(zhǎng)控制器調(diào)度，再由FCC發(fā)送到物理層設(shè)備，轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后通過(guò)光口發(fā)送出去。
　　VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下
　　END程序框架設(shè)計(jì)
　　VxWorks是WindRiver 公司開(kāi)發(fā)的高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與OSI參考模型相比是在IP 層和鏈路層之間有一Mux層，屏蔽了網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路的直接交互，通過(guò)END（增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)：Enhanced Network Drivers） 實(shí)現(xiàn)IP 層與鏈路層之間的數(shù)據(jù)交互。END向上通過(guò)Mux 層與IP 層相連，向下與鏈路層直接相連，從而在IP 層與鏈路層之間建立一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸通道。
　　END驅(qū)動(dòng)程序的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是END對(duì)象，即END_OBJ，在end.h中定義。驅(qū)動(dòng)程序的裝載函數(shù)返回一個(gè)指向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)END_OBJ的指針。這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為MUX提供了描述驅(qū)動(dòng)程序的信息和指向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)NET_FUNCS的指針，而NET_FUNCS填充的是有關(guān)END驅(qū)動(dòng)程序的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入配給函數(shù)。
　　END驅(qū)動(dòng)程序輸出到MUX的進(jìn)入配給函數(shù)，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)NET_FUNCS中用以輸出到MUX接口的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入配給函數(shù)如表1所示。
　　ATM驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)
　　驅(qū)動(dòng)程序中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
　　DRV_CTRL
　　DRV_CTRL是定義的ATM設(shè)備控制結(jié)構(gòu)，包括了MPC8260的FCC基地址、驅(qū)動(dòng)的單元號(hào)、中斷號(hào)、存儲(chǔ)管理相關(guān)等信息。在驅(qū)動(dòng)程序中，此結(jié)構(gòu)是初始化、發(fā)送、接收、中斷處理等主要函數(shù)的入口參數(shù)。
　　需要指出的是，此結(jié)構(gòu)與以太網(wǎng)控制器中為其驅(qū)動(dòng)定義的控制結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于以太網(wǎng)控制器是為一個(gè)FCC定義一個(gè)BD（緩沖描述符）鏈表；ATM要求每個(gè)通道都有一些特定參數(shù)并要求每個(gè)通道有一個(gè)BD鏈表。因此，需要定義連接控制結(jié)構(gòu)來(lái)管理這些與通道相關(guān)的參數(shù)。
　　AtmConnectionData
　　連接控制結(jié)構(gòu)是ATM建立鏈路時(shí)用到的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，規(guī)定了鏈路的邏輯地址、信元速率等信元傳輸時(shí)用到的重要參數(shù)以及發(fā)送、接收數(shù)據(jù)幀時(shí)用到的BD表。在本驅(qū)動(dòng)中，對(duì)每個(gè)通道建立了一個(gè)BD表，并采用了循環(huán)鏈表結(jié)構(gòu)，提高了緩沖的利用效率。在建鏈前必須對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行分配，并初始化。
　　驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)
　　本END驅(qū)動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)IP層與ATM層之間的數(shù)據(jù)交互，ATM網(wǎng)絡(luò)是面向連接的，對(duì)于IPOA（IP over ATM）來(lái)說(shuō)，TCP/IP只是將其作為像以太網(wǎng)一樣的另一種物理網(wǎng)絡(luò)來(lái)看待，因而，本驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)可參考以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想。按照以上END的程序設(shè)計(jì)框架編制END所用到的全部基本函數(shù)，因這里的END 與地址處理無(wú)關(guān)，故endMCastAddrDel（）、endMCastAddrGet（）、endMCastAddrAdd（）、endAddressForm（）和endAddressGet（）這幾個(gè)函數(shù)可直接返回一個(gè)值即可。驅(qū)動(dòng)程序大體分為四部分 ：控制器的初始化、中斷處理和內(nèi)存管理、數(shù)據(jù)幀的接收和數(shù)據(jù)幀的發(fā)送 。
　　控制器的初始化
　　初始化包括兩部分 ，一是配置：首先，在 config. h中定義 INCLUDE_ END，以保證在編譯時(shí)加入 MUX接口 ；其次，在 configNet. h中定義指向本設(shè)備載入函數(shù)的宏 ，并定義初始化時(shí)要用到的字符串 ，定義增強(qiáng)型設(shè)備的列表結(jié)構(gòu)體以保證正確登錄本設(shè)備 。二是對(duì)本控制器設(shè)備加載，必須初始化一個(gè) END_ OBJ結(jié)構(gòu)體，載入函數(shù)首先要分配并初始化此結(jié)構(gòu)體 ，以方便 MUX接口使用其中的工具管理堆棧及調(diào)用各接口函數(shù)。本控制器設(shè)備的初始化流程如下 ：首先通過(guò)函數(shù)muxDevLoad（）調(diào)用motFccEndLoad（）實(shí)現(xiàn)對(duì)ATM驅(qū)動(dòng)的加載，當(dāng)成功加載后，接著用函數(shù)muxDevStart（）調(diào)用motFccStart （）實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)的啟動(dòng)，成功啟動(dòng)后，再接著用函數(shù)muxIoCtl（）調(diào)用motFccIoCtl（）實(shí)現(xiàn)對(duì)END網(wǎng)絡(luò)接口控制，成功后用IpAttach函數(shù)將END 與IP 層相連。如果以上的步驟都能成功完成，在Shell 下輸入muxShow 命令，將看到加載起的END（Device：motFccAtm，Unit：0）。
　　中斷處理程序和內(nèi)存管理
　　中斷處理程序必須分為兩個(gè)部分，第一部分是響應(yīng)中斷的函數(shù)，它需要被綁定到 BSP分配的中斷向量上，不能有耗時(shí)較大的操作 （如對(duì)堆棧的操作 ） ，這是由中斷的特點(diǎn)所決定的；第二部分是對(duì)數(shù)據(jù)幀的處理，這個(gè)函數(shù)可以用系統(tǒng)函數(shù)netJobAdd（ ）在響應(yīng)中斷的函數(shù)中向網(wǎng)絡(luò)工作隊(duì)列添加新的工作 ，這將喚醒網(wǎng)絡(luò)處理任務(wù)去調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀處理函數(shù)（例如接收函數(shù) ）處理數(shù)據(jù)幀。
　　對(duì)于內(nèi)存的管理，VxWorks定義了三種統(tǒng)一的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：cluster（簇）、clBlk（簇模塊）和 mBlk（存儲(chǔ)模塊）。其中簇是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最基本單元，長(zhǎng)度靈活可變，在ATM控制器驅(qū)動(dòng)程序中一般使用同樣長(zhǎng)度的簇，即最大的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)9180字節(jié)。數(shù)據(jù)在協(xié)議棧內(nèi)各層之間的傳送過(guò)程中只需要傳送數(shù)據(jù)幀的指針，這樣，方便程序員設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) ，并減少了在各層次之間數(shù)據(jù)的拷貝，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。VxWorks還給出了幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)函數(shù)統(tǒng)一管理內(nèi)存的占用和釋放，程序員可以很方便地調(diào)用這些系統(tǒng)函數(shù)創(chuàng)建這三級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)接收數(shù)據(jù)幀，并在完成數(shù)據(jù)幀接收時(shí)調(diào)用相應(yīng)系統(tǒng)函數(shù)釋放內(nèi)存。驅(qū)動(dòng)程序中的內(nèi)存管理函數(shù)是motFccInitMem（）和motFccBdFree（），參數(shù)都為DRV_CTRL類型指針。motFccInit Mem（）完成對(duì)存儲(chǔ)池的初始化；motFccBdFree（）由motFccStop（）調(diào)用，釋放與接收緩沖描述符鏈表相連的簇，以便在設(shè)備停止時(shí)徹底地釋放資源。
　　數(shù)據(jù)幀的接收
　　一般情況下，數(shù)據(jù)幀的接收是用中斷方式實(shí)現(xiàn)的 。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀到來(lái)時(shí)觸發(fā)一個(gè)中斷，中斷響應(yīng)程序會(huì)向任務(wù)隊(duì)列添加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)任務(wù)，這個(gè)任務(wù)將調(diào)用接收函數(shù)處理數(shù)據(jù)幀 。
　　接收函數(shù)負(fù)責(zé)將正確的數(shù)據(jù)幀放到利用系統(tǒng)函數(shù)取出的緩存中，然后將緩存交給 MUX接口的接收函數(shù)muxReceive（ ），最后釋放掉占用的緩存。循環(huán)以上過(guò)程直到將收到的數(shù)據(jù)全部處理完。
　　從數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)層次順序看，數(shù)據(jù)幀先經(jīng)過(guò)物理層到達(dá)數(shù)據(jù)鏈路層，在驅(qū)動(dòng)中通過(guò)MUX接口調(diào)用函數(shù)motFccRecv（），在該函數(shù)中完成對(duì)鏈路層收到的ATM信元進(jìn)行ATM適配層的處理（在本驅(qū)動(dòng)中進(jìn)行AAL5適配）并組裝成IP 包，送到網(wǎng)絡(luò)層 ，再經(jīng)過(guò) TCP協(xié)議層到達(dá)應(yīng)用層 ，這就是數(shù)據(jù)接收的全過(guò)程 。
　　數(shù)據(jù)幀的發(fā)送
　　發(fā)送數(shù)據(jù)幀常常使用兩種方式：輪詢方式和中斷方式。在本驅(qū)動(dòng)中采用了輪詢方式，從數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)層次順序看，基本上是接收數(shù)據(jù)幀的反過(guò)程。數(shù)據(jù)幀由應(yīng)用層開(kāi)始產(chǎn)生，經(jīng)過(guò) TCP協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò)層的封裝，通過(guò) MUX接口調(diào)用本驅(qū)動(dòng)程序中的發(fā)送函數(shù)motFccSend（），將IP包進(jìn)行ATM適配處理并拆分為ATM信元然后交給物理層發(fā)出 。
　　結(jié)語(yǔ)
　　按照以上的方法，本文設(shè)計(jì)出了基于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的MPC8260的ATM控制器（提供一個(gè)155Mbps光口）驅(qū)動(dòng)，并完成了主要功能的測(cè)試。測(cè)試函數(shù)中指定要建立的通道數(shù)、通道速率、發(fā)送的數(shù)據(jù)幀數(shù)、數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度等參數(shù)，并讓這些數(shù)據(jù)幀在以太網(wǎng)口和ATM端口間打環(huán)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示設(shè)備工作正常。
　　調(diào)試中有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：由于MPC8260為FCC提供的雙口RAM容量有限，分配通道及對(duì)通道的各參數(shù)初始化時(shí)要特別小心，以免越界。由于ATM協(xié)議的復(fù)雜性，此驅(qū)動(dòng)的很多函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)以及測(cè)試中還有很多復(fù)雜的細(xì)節(jié)，限于篇幅，本文只給出一些概述性的描述，以期和大家分享嵌入式驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的一點(diǎn)心得
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