VxWorks驱动程序

串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构

3. write() write()函数的调用过程是：write()→tyWrite()→xxDrv。 tyWrite 对所有的串行设备做同样的事情： ● 如果环形缓冲满，则阻塞； ● 从用户的缓冲中读数据到环形缓冲中； ● 在一定的情况下激活xxDrv 开始传输数据周期（一 个传输周期中首先传送数据到设备，然后等待设备给 出一个中断，以继续传送下一个数据）； ● xxDrv 通过调用tyITx（）来从输出环形缓冲中读数 据。
串口设备驱动——概述

串行设备驱动代码的分层结构图 vxWorks 的串行设备不同于前 面介绍的字符设备和块设备。 其驱动的结构如图 所示。从图 中可以看出：系统中的串行设 备驱动总共分3 层： usrConfig.c和ttyDrv（包括tyLib） 提供了一些对串行设备的一些 通用操作；而sysSerial.c 则针 对具体目标系统的、串行设备 有关的一些数据结构进行初始 化操作；最后xxDrv.c （ 在 cvtpxa270 BSP 中文件名为 pxa270FfnSio.c）包括了一些 具体设备相关的操作（如读/写 数据和设置等）。
串口设备驱动——概述

一个包含了串行设备及其应用程 序的总体模型如图所示。从图中 可以看出，串行设备的驱动xxDrv 并不是直接和I/O 系统交互的， 中间存在一个ttyDrv（包括 tyLib）。实际上，与IO 系统交 互的不是xxDrv的函数而是 ttyDrv/tyLib 提供的函数。另外， TargetAgent 可以和xxDrv 交互， 方便了系统的调试。ttyDrv（包 括tyLib）：可以称为一个虚拟的 设备驱动。它只是介于I/O 与底 层具体设备驱动之间，为系统提 供统一的串行设备界面。

字符设备驱动


编写设备驱动程序时存在一个问题：如果设备的缓冲 中没有任何数据，但应用程序此时发起了一个read() 调用，那么此时该应用程序就有可能阻塞在这个位置 上，直到缓冲中有了足够的数据。当该应用程序只须 处理一个设备的数据时，阻塞还不至于产生问题。但 如果该应用程序须处理多个设备的数据时（如同时响 应键盘和触摸屏的数据），那么阻塞在某个设备操作 上就变得不可接受。 为了解决这个问题，要使用系统提供的select 机制。 支持调用select()函数的用户驱动程序，可以使任务同 时等待多个设备的输入，或允许任务为设备执行指定 的I/O 操作设定最长等待时间。这一功能的实现需要 借助于selectLib 函数库。
串口设备驱动——串口驱动的编写
CVT-PXA270 串口驱动的编写 编写串行设备的驱动主要有以下几个方面的工作： ● 初始化：确定系统要支持的串行通道的个数，初始化设 备描述符，编写设备初始化代码； ● 编写入口点函数； ● 编写设备中断服务程序（ISR）； ● 修改sysSerial.c 文件。 1. 初始化过程 要编写设备的初始化代码，首先看一下系统初始化的大致 顺序，如下图所示。
串口设备驱动——概述


另外，还可调用具体 硬件的管理驱动。总 之ttyDrv 给系统提供 了一些通用的管理函 数（如缓冲管理和互 斥等）。所以ttyDrv 往往可以管理多个设 备。 右图表明了ttyDrv在 I/O系统中的作用。
串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构


ttyDrv（tyLib）是一个虚拟的驱动，既管理着和 I/O 的交互，又管理与底层硬件驱动的交互。它 在与I/O 交换时所做的工作主要有：I/O 系统请 求初始化 (如添加设备入口，创建设备描述符)、 处理所有I/O 请求(如：ttyOpen、ttyIoctl、 tyRead 和tyWrite 等)、管理数据缓冲区和管理 多任务的同步和互斥。 ttyDrv 负责着ttyOpen 和ttyIoctl 的接入；而 tyLib 则负责tyRead 和tyWrite 的接入。下面这 个图为一个更加详细的、系统的数据流向图。
串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构

4. read( ) read ()函数的调用过程是： read( )→tyRead( )→xxDrv。tyRead 对所有的 串行设备执行以下操作： ● 如果环形缓冲空，则阻塞； ● 从环形缓冲读数据到用户的缓冲中； ● 如果输入环形缓冲中还有字符，则启动所 有阻塞的进程； ● xxDrv 用tyIRx（）来将设备读到的字符写 入到输入环形缓冲中
VxWorks 设备驱动分类及特点
2. 其他特殊设备：主要指一些非基于I/O 文件系统的设 备，如串口、硬盘、网络设备等。不能通过标准I/O 来进 行存取，但都有它们各自相关的标准。 虽然VxWorks 的I/O 设备驱动与UNIX 的很类似，但两者 也有区别，主要包括以下几点： ● VxWorks 的设备驱动可以动态安装和卸载； ● 除了标准的输入、输出和错误输出外，VxWorks 的文 件描述符是全局的，可由任何任务存取； ● VxWorks 的设备驱动有优先级之分，这取决于调用它的 任务的优先级。而Unix 下的设备驱动则执行在系统模式 下，无优先级之分。
串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构

ttyDrv的数据流图：
串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构

从图7-9 中可以清楚地看出系统的层次关系。应用层往往 调用通用的ioLib 中的函数（如：read、write、ioCtl 等）。这些函数从输入的文件描述符中找到相应的设备描 述符；然后找到设备驱动表，并调用设备驱动表中的处理 函数。而设备驱动表中的函ttyDrv/tyLib（tyWrite、 tyRead 等）则是第二层的内容。ttyDrv/tyLib 与实际的 设备（xxDrv）打交道完成指定的操作。第二层和底层的 通信是通过回调函数（callback）来实现的。具体来说， ttyDrv 提供两个函数（tyWrite 和tyRead）：输出时底 层驱动可以从缓冲区中读取数据；输入时底层驱动可将接 收到的字符填入缓冲区。
常见的VxWorks 驱动程序

VxWorks 的提供了对很多设备的驱动程序支持。 下图为常见的VxWorks 设备驱动程序。
字符设备驱动

字符设备是指在I/O 传输 过程中以字符为单位进 行传输的设备，如键盘、 鼠标和打印机等。字符 设备驱动程序一般都有7 个基本I/O 操作函数，但 也不排除某些具体的字 符设备驱动程序可能忽 略其中的一个或几个操 作函数。
串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构


下面对驱动中涉及的各函数进行简要说明： 1. ttyDrv（） ttyDrv()调用iosDrvInstall（）将ttyDrv 和tyLib 中的函 数安装到设备驱动表中。此函数在系统启动时由usrRoot（） 调用。 2. ttyDevCreate（） ttyDevCreate()主要完成如下工作： ● 创建和初始化设备描述符； ● 通过调用tyDevInit( )初始化tyLib； ● 通过调用 iosDevAdd( )将设备添加到设备列表中； ● 给底层的设备安装回调函数； ● 启动设备的中断。 此函数也是在系统启动时由usrRoot（）调用。
驱动程序概念

英文名为“Device Driver”，全称为“设备驱 动程序”。是一种可以使计算机和设备通信的 特殊程序，相当于硬件的接口，操作系统只有 通过这个接口，才能控制硬件设备的工作。 因此，驱动程序被誉为“ 硬件的灵魂”、 “硬件的主宰”、和“硬件和系统之间的桥梁” 等。
VxWorks 设备驱动分类及特点
块设备驱动


块设备是指以“块”为 单位对数据进行存取的 设备。它可以被随机存 取，并且数据以块为单 位进行传输，典型的有 硬盘、光驱、软驱和磁 带等。 VxWorks 的块设备与字 符设备有微小的差别： 块设备不能与I/O 系统直 接打交道，如右图所示。
块设备驱动


块设备不能与I/O 系统直接打交道，如上图所示，在 块设备驱动程序与I/O 系统之间必须有文件系统，如 dosFs、rawFs 或tapeFs 等。这种层次关系允许同一 个块设备上存在不同的文件系统，从而减少驱动程序 中必须支持的I/O 函数的数量。 块设备驱动程序的操作函数大致有以下几个部分： 1. 低级驱动程序初始化； 2. 设备创建； 3. 读/写操作； 4. I/O 控制； 5. 复位及状态检测。

串口设备驱动——串口驱动的编写

从图中可以看出，串口设备的初始化涉及2 个阶段： (1) 在usrInit()中进行设备的初始化 sysHwInit()→sysSerialHwInit()：进行设备资源的设置，初始化硬 件，并关闭串口中断； (2) 在usrRoot 中执行进一步操作 ● usrRoot()→SysSerialHwInit2()：开启中断； ● usrIosCoreInit()→ttyDrv()：进行系统调用，初始化ttyLib通 用驱动程序； ● usrIosCoreInit() → usrSerialInit()→ttyDevCreate() ：创 建串口设备，其中创建时ttyDevCreate()的第二个参数SIO_CHAN 需 要使用sysSerialChanGet()获得。

VxWorks 设备驱动分类及特点

系统与驱动程序的关系
VxWorks 设备驱动分类及特点


当用户调用一种基本I/O 操作时，I/O 系统将用 户请求反映给特定驱动程序的相应操作函数。 驱动程序可调用该任务可执行的任何操作，包括 对其他设备进行I/O 操作。这意味着多数驱动程 序必须对关键程序代码采取一种互斥的操作机制。 通常采用的互斥机制是使用semlib 函数库提供的 信号量操作。
串口设备驱动——串口驱动的编写

PXA270 包含3 个串口：全功能串口、蓝牙串口以及标准 串口。由于RS-232-C 标准所定义的高、低电平信号与 PXA270 的UART 所定义的高、低电平信号完全不同。 PXA270 的UART 采用正逻辑方式。而RS-232-C 标准采用 负逻辑方式。显然，两者间要进行通信必须经过信号电平 的转换。

这7 个基本的I/O 操作函 数及其功能
字符设备驱动
驱动程序除了具有上述7 种基本I/O 操作函数 以外，还包含以下两种操作： ● 初始化函数负责在I/O 系统中安装驱动程序； 驱动程序将相应的设备与所需的资源关联起 来；然后初始化函数再执行其它任何必须的硬 件初始化操作。 ● 将驱动程序加载到I/O 系统中，这类函数一般 称作xxDevCreate()。一般简单的驱动程序， 往往将这两个函数合二为一。
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串口设备驱动——串口驱动的编写

下图为CVT-PXA270 教学实验系统中蓝牙串口（BT_UART） 的电路原理图。它采用串行接口芯片MAX3244EAI。 MAX3244EAI为3 V~5 V 供电，EIA/TIA-232 与V.28/V.24 通信接口芯片，包含3 个发送、5Байду номын сангаас个接收电路，带自动关 断/唤醒功能，高数据传输速率。
串口设备驱动——ttyDrv 的层次结构

5. ioCtl（） ioCtl 将函数传递到xxIoCtl（），如果设备驱动 没有实现此功能，则将控制转移到tyIoCtl。其关 系如图所示。

总之，ttyDrv 和tyLib 之所以独立为一层，主要 是从代码可复用和统一界面两个角度来考虑的。 代码可重用，是因为所有的串行设备都有一些相 同的管理工作（如缓存和信号的管理等）；同样 为了给I/O 提供统一的界面，ttyDrv 在设备驱动 表中安装了统一的驱动函数，这样I/O 和串行设 备的交互就被屏蔽了。

大体上可把设备驱动程序分为两大类： 1. 基于I/O 文件系统的设备：包括基于I/O 系统的字符 设备和块设备。VxWorks 的I/O 系统有其独特性，因而它 比其它I/O 系统更快速、灵活，这在实时系统中非常重要。 这些设备都可采用ioLib 系统库提供的接口函数create()、 open()、close()、 read()、write()和 ioctl()来操作。 VxWorks 的I/O 系统由基本I/O 及含缓冲的I/O 组成，它 提供标准的C 库函数。基本I/O 库与Unix 兼容；而含缓 冲的I/O 则与ANSI C兼容。
VxWorks 操作系统
第7章：VxWorks 驱动程序的编写
耿长青 2010.8.13
本章主要内容

介绍VxWorks 驱动程序的编写方法，包括字 符设备、块设备、串口设备、网络设备等的 驱动编写方法以及文件系统。本章安排了很多 实验，在学习过程中需要进行实践操作，这些 实验需要有第5 、6章的基础。