基于TMS320DM642驅(qū)動(dòng)模型的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

隨著新技術(shù)不斷涌現(xiàn)和dsp實(shí)時(shí)系統(tǒng)日趨復(fù)雜，不同類型的外部設(shè)備越來(lái)越多，為這些外部設(shè)備編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序已成為依賴操作系統(tǒng)管理硬件的內(nèi)在要求。但是，由于內(nèi)存引腳、響應(yīng)時(shí)間和電源管理等條件的限制，為一個(gè)給定的dsp系統(tǒng)編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有時(shí)會(huì)很困難。針對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)者遇到的上述難題，ti公司為c64x系列dsp的開發(fā)者提供了一種"類/微型驅(qū)動(dòng)模型（class/mini－driver model）"，該模型在功能上將設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為依賴硬件層和不依賴硬件層，兩層之間使用通用接口。實(shí)踐結(jié)果表明，采用類/微型驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)后，應(yīng)用軟件可以復(fù)用絕大部分相似設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，從而提高驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)效率。

1 類/微型驅(qū)動(dòng)模型簡(jiǎn)介

在類/微型驅(qū)動(dòng)模型中，類驅(qū)動(dòng)通常用于實(shí)現(xiàn)多線程i/o請(qǐng)求的序列化和同步功能；同時(shí)對(duì)設(shè)備實(shí)例進(jìn)行管理。在包括視頻系統(tǒng)i/o和異步i/o的典型實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，只有少數(shù)的類驅(qū)動(dòng)需要表示出外部設(shè)備的類型。

類驅(qū)動(dòng)通過(guò)每個(gè)外部設(shè)備獨(dú)有的微型驅(qū)動(dòng)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行操作，微型驅(qū)動(dòng)則通過(guò)控制外設(shè)的寄存器、內(nèi)存和中斷資源來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制，微型驅(qū)動(dòng)程序必須將特定的外部設(shè)備有效地表示給類驅(qū)動(dòng)。例如：視頻顯示設(shè)備存在一些不同的幀存，應(yīng)用軟件會(huì)根據(jù)不同的i/o操作進(jìn)行幀存的分配，此時(shí)微型驅(qū)動(dòng)必須映射視頻顯存，使得類驅(qū)動(dòng)可對(duì)不連續(xù)的內(nèi)存（分別存放rgb或yuv分量）設(shè)計(jì)特定的i/o請(qǐng)求，類/微型驅(qū)動(dòng)模型允許發(fā)送由開發(fā)者定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的i/o請(qǐng)求包給微型驅(qū)動(dòng)來(lái)控制外部設(shè)備，此分層結(jié)構(gòu)使設(shè)備驅(qū)動(dòng)的復(fù)用能力得到加強(qiáng)，并且豐富了發(fā)送給微型驅(qū)動(dòng)i/o請(qǐng)求包的結(jié)構(gòu)。

類/微型驅(qū)動(dòng)模型的結(jié)構(gòu)如圖1所示，上層應(yīng)用程序并非直接控制微型驅(qū)動(dòng)，而是使用一個(gè)或一個(gè)以上的類驅(qū)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行控制。每個(gè)類驅(qū)動(dòng)在應(yīng)用程序代碼中表現(xiàn)為一個(gè)api函數(shù)，并且通過(guò)微型驅(qū)動(dòng)的接口iom與微型驅(qū)動(dòng)進(jìn)行通信，類驅(qū)動(dòng)使用dsp/bios的中的api函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)諸如同步等系統(tǒng)服務(wù)（dsp/bios是ti公司推出的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)際上它是一組可重復(fù)調(diào)用系統(tǒng)模塊的abi函數(shù)集合）。到目前為止dsp/bios共定義了3種類驅(qū)動(dòng)：流輸入輸出管理模塊（sio/dio）、管道管理模塊（pip/pio）和通用輸入輸出模塊（gio）。在pip/pio和sio/pio類驅(qū)動(dòng)中，調(diào)用的api函數(shù)已存在于dsp/bios的pip和sio模塊中，這些api函數(shù)將參數(shù)傳給相應(yīng)的適配模塊（adapter），適配模塊再與微型驅(qū)動(dòng)交換數(shù)據(jù)。在gio類驅(qū)動(dòng)中，調(diào)用的api函數(shù)直接與微型驅(qū)動(dòng)通信（需在ccs2.2以上）。

每個(gè)微型驅(qū)動(dòng)都為類驅(qū)動(dòng)和dsp/ bios設(shè)備驅(qū)動(dòng)管理提供了標(biāo)準(zhǔn)接口，微型驅(qū)動(dòng)采用芯片支持庫(kù)（chip support library）管理外圍設(shè)備的寄存器，內(nèi)存和中斷資源。

2 類驅(qū)動(dòng)的編寫

流輸入輸出管理模塊和管道管理模塊是dsp/bios提供的兩個(gè)接口模塊，用于支持dsp和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。這兩種模塊的數(shù)據(jù)傳輸都可通過(guò)類驅(qū)動(dòng)中的適配模塊和微型驅(qū)動(dòng)的iom連接。sio的適配模塊稱為dio：pip的稱為pio。類/微型驅(qū)動(dòng)模型還可使用第三種接口模塊－－通用輸入輸出模塊，其傳輸模塊是基于流輸入輸出模式的同步i/o模式，更適合文件系統(tǒng)i/o。在編寫類驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以直接調(diào)用gio的讀寫api函數(shù)，這些函數(shù)的接口已內(nèi)置于微型驅(qū)動(dòng)的iom中。

2.1 流輸入輸出管理模塊和sio的適配模塊

dsp/bios中的流輸入輸出管理模塊為每個(gè)dsp/bios線程提供了一種獨(dú)立的i/o機(jī)制，它支持動(dòng)態(tài)創(chuàng)建。流輸入輸出管理模塊有自己的驅(qū)動(dòng)模型，稱為dev。dev程序和微型驅(qū)動(dòng)的編寫方法相似，都要實(shí)現(xiàn)函數(shù)表中的打開，關(guān)閉和緩存管理等函數(shù)，然而結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相比之下，sio的適配模塊可以簡(jiǎn)化流輸入輸出模塊和iom之間的連接，使得通信和同步變得更簡(jiǎn)單。

2.2 管道管理模塊和pip的適配模塊

dsp/bios中的管道管理模塊提供了管理異步i/o的"數(shù)據(jù)管道"，每個(gè)管道對(duì)象都擁有一塊同樣大小的緩存，這些緩存分為同樣數(shù)量且等長(zhǎng)的小塊；小塊的數(shù)量和長(zhǎng)度在dsp/bios中設(shè)置。雖然小塊的長(zhǎng)度是固定的，但應(yīng)用程序可把小于這個(gè)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)放入緩存小塊中，一個(gè)管道有兩個(gè)結(jié)束狀態(tài)：寫完緩存和讀完緩存。通常，無(wú)論是哪個(gè)結(jié)束狀態(tài)都會(huì)激活i/o設(shè)備。數(shù)據(jù)通知函數(shù)用來(lái)執(zhí)行讀/寫同步任務(wù)以及通知pip緩存填滿或清空。寫數(shù)據(jù)時(shí)，pip_alloc函數(shù)用來(lái)獲得緩存，pip_put函數(shù)用于將數(shù)據(jù)寫入緩存；寫完后，讀數(shù)據(jù)通知函數(shù)notifyreader將被調(diào)用。當(dāng)讀數(shù)據(jù)時(shí)，pip_get函數(shù)用來(lái)接收緩存中的數(shù)據(jù)，pip_free函數(shù)在數(shù)據(jù)不再被使用時(shí)將緩存清空，清空完后，寫數(shù)據(jù)通知函數(shù)notifywriter將被調(diào)用。

2.3 通用輸入輸出模塊

通用輸入輸出模塊在提供必要的同步讀/寫api函數(shù)及其擴(kuò)展函數(shù)的同時(shí)，將代碼和使用數(shù)據(jù)緩存的大小盡量簡(jiǎn)化。如圖2所示，應(yīng)用程序可以調(diào)用gio的api函數(shù)直接與微型驅(qū)動(dòng)的iom交換數(shù)據(jù)，這些api函數(shù)使得gio成為第三種類驅(qū)動(dòng)。

函數(shù)表指針是應(yīng)用程序和微型驅(qū)動(dòng)函數(shù)表（fxns）的接口；創(chuàng)建模式包括輸入（iom_input）、輸出（iom_output）和雙向（iom_inout）；iom_packet在類驅(qū)動(dòng)和微型驅(qū)動(dòng)間執(zhí)行異步操作時(shí)使用，同步對(duì)象地址指向特定通道的同步信號(hào)，通道實(shí)例地址則指向微型驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建的通道實(shí)例。

3 微型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

類/微型驅(qū)動(dòng)模型中的微型驅(qū)動(dòng)直接控制外部硬件設(shè)備。只要微型驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建了規(guī)定的函數(shù)，應(yīng)用程序就可以方便地通過(guò)dio適配模塊、pio適配模塊或（和）gio類驅(qū)動(dòng)調(diào)用。規(guī)定的函數(shù)包括：通道綁定函數(shù)（mdbinddev）、通道創(chuàng)建/刪除函數(shù)（mdcreatechan/mddeletechan）、i/o請(qǐng)求發(fā)送函數(shù)（mdsubmitchan）、中斷服務(wù)函數(shù)（isrs）和設(shè)備控制函數(shù)（mdcontrolchan）。這些規(guī)定的函數(shù)將放入微型驅(qū)動(dòng)的函數(shù)接口表（iom_fxns）中的相應(yīng)位置，供應(yīng)用程序通過(guò)適配模塊或gio類驅(qū)動(dòng)調(diào)用。函數(shù)接口表的結(jié)構(gòu)如下：


微型驅(qū)動(dòng)支持的控制代碼和控制操作，特別要注明該代碼的針對(duì)對(duì)象（針對(duì)通道實(shí)例還是設(shè)備實(shí)例）。例如，改變外設(shè)波特率的控制代碼，必須注明是針對(duì)某個(gè)通道還是所有通道的，否則容易給應(yīng)用程序帶來(lái)錯(cuò)誤。

4 用minidriver實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的輸入和輸出

如圖3所示，從視頻采集芯片采集來(lái)的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)edma從視頻接口（video port）傳輸?shù)骄彺嬷?，此過(guò)程可以通過(guò)minidriver實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)在minidriver中通過(guò)判斷視頻接口是否有完整的幀數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)幀緩存的管理和edma的重裝載及清零更新；在清零后minidriver通知上層類驅(qū)動(dòng)有空幀緩存可以使用。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的連續(xù)傳送。

數(shù)據(jù)輸出時(shí)，使用下文設(shè)計(jì)的pci minidriver實(shí)現(xiàn)。

4.1 微型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與編寫




isrs為和mdcontrolchan的結(jié)構(gòu)與mdsubmitchan的結(jié)構(gòu)類似，本文不再做敘述。

4.2 在dsp/bios中注冊(cè)微型驅(qū)動(dòng)

打開dsp/bios配置工具，如圖4所示，首先右擊user－defined devices圖標(biāo)，選擇插入選項(xiàng)，并重新命名為pcichan；然后右擊pcichan，選擇屬性選項(xiàng)，如圖5所示進(jìn)行注冊(cè)。

4.3 編寫類驅(qū)動(dòng)

本例的類驅(qū)動(dòng)使用通用輸入輸出模塊，首先右擊圖4中的gio－general input/output manager，選擇"啟動(dòng)gio"，在應(yīng)用程序中，gio_create函數(shù)使用微型驅(qū)動(dòng)pcichan來(lái)創(chuàng)建通道實(shí)例；通過(guò)調(diào)用gio_submit函數(shù)來(lái)完成應(yīng)用程序?qū)ci設(shè)備的讀/寫操作等，源代碼如下：


通過(guò)上述3個(gè)步驟，pci設(shè)備的dsp/bios驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)就基本上完成了，應(yīng)用程序可以通過(guò)使用類驅(qū)動(dòng)來(lái)復(fù)用pci設(shè)備，這樣極大地提高了驅(qū)動(dòng)的工作效率，也大大簡(jiǎn)化了對(duì)pci外設(shè)的控制。