頻譜儀多種內(nèi)核間通信機制的方案設(shè)計
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Linux操作系統(tǒng)將所有的設(shè)備(而不僅是存儲器里的文件)都看成文件，以操作文件的方式訪問設(shè)備。應(yīng)用程序不能直接操作硬件，而是使用統(tǒng)一的接口函數(shù)調(diào)用硬件驅(qū)動程序。在設(shè)計的驅(qū)動程序中，首先要根據(jù)驅(qū)動程序的功能完成file_operations結(jié)構(gòu)中的函數(shù)實現(xiàn)，不需要的函數(shù)接口可以直接在file_operations結(jié)構(gòu)中初始化為NULL。而file_operations結(jié)構(gòu)變量會在驅(qū)動程序初始化時注冊到系統(tǒng)內(nèi)部。當(dāng)操作系統(tǒng)對設(shè)備操作時，就會調(diào)用驅(qū)動程序注冊的file_operations結(jié)構(gòu)中相應(yīng)的函數(shù)指針。
對于Linux驅(qū)動的注冊有兩種方式：一種是直接編譯到內(nèi)核中，在系統(tǒng)啟動時即對設(shè)備進行注冊；另一種是以模塊的方式注冊設(shè)備，需要在系統(tǒng)啟動后用命令對設(shè)備進行注冊。后一種方式在系統(tǒng)開發(fā)期使用比較方便，不用在每次修改驅(qū)動程序后和內(nèi)核一起進行編譯，只需要將模塊編譯成后綴為，ko的模塊文件，就可下載到開發(fā)板中直接使用。在本課題中，使用的是模塊注冊的方式，在項目開發(fā)期間可大大縮短開發(fā)時間。
4 Linux設(shè)備驅(qū)動的實現(xiàn)
對于編寫一個Linux設(shè)備的驅(qū)動程序，大致的流程如下：
①查看原理圖、數(shù)據(jù)手冊，了解設(shè)備的操作方法。
②實現(xiàn)驅(qū)動程序的初始化，比如向內(nèi)核注冊這個驅(qū)動程序，這樣應(yīng)用程序傳入文件名時，內(nèi)核才能找到相應(yīng)的驅(qū)動程序。
③設(shè)計所要實現(xiàn)的操作，比如open、close、read、write等函數(shù)。
④實現(xiàn)中斷服務(wù)(不是必須的)。
⑤編譯該驅(qū)動程序到內(nèi)核中，或者用insmod命令加載。
⑥測試驅(qū)動程序。
4．1 HPI設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)
4．1．1 物理地址到虛擬地址的映射
寫Linux設(shè)備驅(qū)動的第一步，是完善頭文件中的宏定義，除了各種參數(shù)的定義外，主要是實現(xiàn)硬件寄存器的物理地址到虛擬地址的映射。對于硬件寄存器的操作，其實就是對其物理地址進行讀寫操作。而Linux系統(tǒng)提供了一種內(nèi)存管理機制，在這種機制下，程序可以使用比真實物理地址大得多的地址空間，稱為虛擬地址。Linux系統(tǒng)中程序的操作部是使用虛擬地址，所以要完成物理地址到虛擬地址的映射。本課題采用ioremap函數(shù)的方法，如下：
#define AT91C_SMC_CSR2*(volatile unsigned long*)ioremap(0xFFFFFF78．4)
對于ioremap函數(shù)，就是將物理地址0xFFFFFF78開始的4字節(jié)的地址映射到虛擬地址空間中，返回值即4字節(jié)虛擬地址的首地址，賦給宏定義的變量名AT91C_SMC_CSR2。對宏定義的操作即對物理地址的操作。
4．1．2 HPI驅(qū)動的初始化
首先是對HPI硬件的初始化以及中斷初始化。對于HPI，主要是重置DSP，已完成時序的同步。設(shè)置SMC(靜態(tài)存儲控制器)，因為ARM跟DSP的HPI通信是使用PIO線復(fù)用。最后向DSP發(fā)送握手信號，表示初始化完成。對于中斷的初始化，使用：
request_irq(AT91C_ID_IRQ0，handler，SA_INTERRUPT，”irqO”，NULL)；
此函數(shù)向內(nèi)核注冊中斷，包括中斷號和中斷處理函數(shù)handler。
對于HPI設(shè)備的注冊，為HPI設(shè)備分配系統(tǒng)未使用的254作為主設(shè)備號，0為次設(shè)備號。通過register_chrdev_region函數(shù)向內(nèi)核注冊。函數(shù)cdev_init是初始化設(shè)備，其實就是建立設(shè)備與file_operations結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系。最后將設(shè)備加入內(nèi)核。代碼如下：
上述的代碼都是在驅(qū)動模塊的hpi_init函數(shù)中實現(xiàn)。在HPI驅(qū)動被加載到內(nèi)核時就完成了一系列初始化。
4．1．3 file_operations結(jié)構(gòu)中函數(shù)的實現(xiàn)
設(shè)計驅(qū)動的大部分工作就是實現(xiàn)file_operations結(jié)構(gòu)中的函數(shù)。代碼如下：
其中，“．owner=THIS_MODULE”表示結(jié)構(gòu)屬于本模塊，然后是open、read等各函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。由于初始化在hpi_init函數(shù)中實現(xiàn)，所以open函數(shù)并沒有特別的操作，主要是在終端輸出信息。函數(shù)release主要是申請中斷資源的釋放，使用free_irq函數(shù)。下面主要講解read函數(shù)，write函數(shù)與之類似，不再詳述。
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