VxWorks下PC104CAN驱动程序设计.docx
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VxWorks下PC104CAN驱动程序设计
VxWorks下PC/104-CAN驱动程序设计
文章作者：
西北工业大学解月江秦龙勇谢拴勤中国民航飞行学院彭卫东
文章类型：
设计应用文章加入时间：
2003年9月24日2:
32
文章出处：
单片机及嵌入式系统应用
摘要：
详细介绍实时多任务操作系统VxWorks环境下驱动程序的设计原理；针对驱动程序实现的困难，给出VxWorks下实现驱动程序的工作步骤。
文件以PC/104-CAN适配卡为例，简要介绍硬件结构，重点给出驱动程序实现的关键代码。
关键词：
RTOSVxWorksPC/104CANI/O系统驱动系统
VxWorks是一款优秀的实时多任务操作系统，具有抢占式调试、中断延迟小等特点。
本文在简要介绍必备的硬件环境下，以VxWorks为平台，详细介绍驱动程序的开发。
1PC/104-CAN适配卡的硬件结构
PC/104-CAN适配卡主要由CAN控制器（SJA1000）、光电隔离（6N137），收发驱动器（82C250）及译码电路组成。
编程主要了解的是控制器SJA1000。
CAN适配卡原理如图1所示。
2CAN地址译码和中断选择
系统104主板的CPU为486DX，其对接口板访问有两种方式：
内存映射和I/O访问。
I/O寻址采用专门的指令，每次只能传送单个字节。
内存映射方式可以访问较大的地址空间并且指令丰富，便于实现快速交换数据。
本文讨论的CAN卡采用存映射模式工作，与486DX接口是104总线，它与ISA总线兼容。
对于IntelX86体系的CPU，ISA可以映射的空间为0xC8000～0xEFFFF。
使用比较器和地址选择开关组成可选端口地址译码电路，通过开关选通内存映射基地址（C8000H、C9000H、CA000H、…、EF000H），以避免与其它器件冲突。
CAN偏移地址分配如下：
00～FFHSJA1000的寄存器；
100H～1FFH对该范围内的任意地址进行写操作，均可导致CAN硬件复位。
SJA1000的INT引脚通过跳线选择IRQ3～7、IRQ9～12或IRQ15中的一个，避免与其它的适配卡冲突。
3PC/104-CAN适配卡驱动实现
3.1VxWorks驱动概述
VxWorks操作系统有两种方式实现驱动。
第一种方式是，把设备驱动程序作为独立任务实现，直接在顶层任务中实现硬件操作，完成特有专用的驱动程序。
第二种方式是，VxWorks的I/O系统将设备程序作为内核过程实现。
这种方式便于实现I/O子系统的层次模型，便于文件系统一起把设备作为特殊文件处理，提供统一的管理、统一的界面和统一的使用方法，并把设备、文件及网络通信组织成为一致的更高层次的抽象，为用户提供统一的系统服务和用户接口。
我们和这种驱动方式。
作为I/O系统和硬件设备之间的连接层，VxWorks驱动就是屏蔽硬件操作，为I/O系统提供服务。
实现一个完整的驱动，必须了解VxWorks下I/O的三个基本元素：
File、Driver和Dervice。
File是为用户提供访问设备的统一接口；Driver是实现具体的基本控制函数，也就是实现I/O系统所需要的接口；而Device则是一个抽象的硬件设备，是一系列的结构体、变量和宏定义对实际物理设备的定义。
一般而言，实现一个驱动应该有三个基本的步骤：
①用编程语言完成对实际物理设备的抽象；②完成系统所需要的各类接口及自身的特殊接口；③将驱动集成到操作系统中。
之后还有一些调试工作。
3.2VxWorksI/O系统驱动程序框架
VxWorks为各种设备（包括字符设备、块设备、虚拟设备及网络设备）提供统一的访问接口，包括七种基本的I/O函数：
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系统所起的作用就是，把用户请求分配到与设备对应的驱动例程中去。
VxWorks系统中有一个驱动程序列表，其形式如表1所列。
表1设备驱动列表（调试时可利用iosDrvShow（）查看）
驱动号码
create
remove
open
close
read
write
ioctl
1
2
caOpen
NULL
caOpen
caClose
caRead
caWrite
caIoctl
I/O系统的可动态调用iosDrvInstall（）函数将设备的驱动例程（即XXOpen（）、XXClose（）、XXRead（）等）加入到设备驱动列表中，如图2所示。
同样，系统中有一个设备列表，每个设备对应于设备列表中的一项，每一项包括设备名称和设备驱动号，同时包括一个设备描述的结构。
该结构第一个变量是DEV_HDR类型的变量DEV_HDR。
DEV_HDR的定义如下：
Typedefstruct
{
DL_NODEnode；/*设备列表节点*/
shortdrvNum;/*驱动号码*/
char*name;/*设备名*/
}DEV_HDR；
系统调用iosDevAdd（），可以将设备加入到设备列表中。
系统中将驱动和设备联系起来的就是文件描述符列表，每个文件描述符列表除了包括驱动号、设备ID外，还包括文件名、可用标志和指向DEV_HDR的指针。
系统每次成功执行open（），返回一个文件描述符，这样对于设备的read（）、write（）及ioctl（）就可以通过文件描述符进行。
文件描述符表（调试时调用iosFdShow（）查看）如下：
I/O系统的整体结构如图3所示。
系统启动时（一般挂接在usrroot（）），XXDrv（）和XXDevCreade（）便将设备及其驱动加入相应的列表中。
3.3设备驱动程序的访问过程
下面以CAN驱动程序为例，说明驱动程序的访问过程。
（假定设备名“/can/1”并且以CAN设备驱动程序为例，上述中的XX在这里用Can代替。
）
①fd=open（“/can/1”,O_RDWR,0644）
②I/O系统在设备列表中寻找设备名为/can/1的设备项，找到相应的设备驱动号。
③I/O系统在文件描述符中保留一个文件描述符空间。
④I/O系统在设备驱动列表中找到对应的CanOpen（CAN_DEV*PCAN_DEV,UBYTE*remainder,intflags），该驱动例程返回设备描述符的指针。
⑤I/O系统将设备描述符的指针存储在文件描述符列表的DeviceID，同时将对应的设备驱动号存储在文件描述符的Drivernum项。
最后I/O系统返回该描述符项的索引（即为fd）。
⑥这样应用程序中的read（）和write（）等函数调用就可以根据fd找到相应的设备驱动号，进而找到相应的驱动例程。
4CAN驱动程序的实现
CAN驱动程序的实现即是完成下面七个函数的编写。
下面简要介绍其完成的功能，并用伪指令进行说明。
intdrv_num;;/*驱动号码*/
typedefstruct{
DEV_HDRpCANHDR;/*这个数据结构必须放在设备描述符的最初部分*/
/*其余与驱动有关数据*/
}CAN_DEV；/*CAN设备描述符*/
CAN_DEVcan_chan_dev；
STATUSCanDrv（void）{
完成驱动的一些初始化；
intconnect（）;/*连接所选的IRQ与中断处理函数*/
sysIntEnablePIC（）;/*486DX允许中断*/
drv_num=iosDrvInstall（CanOpen,NULL，CanOpen，CanClose，CanRead,CanWrite，CanIoctl）；/*将设备驱动例程装入设备列表中*/
}
/*iosDrvInstall（）将设备的CAN驱动例程加入设备驱动列表中，7个参数为7个驱动例程的进入点（entrypoint），如果没有某个例程，则传递NULL。
*/
STATUSCanDevCreate（）{
完成一些设备初始化
iosDevAdd（&Can_chan_dev.pCANHDR,“can0”，drv_num）；/*将设备放入设备驱动列表中*/
}
intCanOpen（CAN_DEV*pCan_Dev,UBYTE*remainder,intflags）{
CAN卡硬件复位
CAN卡关中断
CAN卡进入软件复位模式
设置CAN卡工作寄存器，如接收码寄存器和屏蔽码寄存器等
CAN卡开中断和进入操作模式
Return（（int）pCan_Dev）;/*注意必须返回设备描述结构指针*/
}
intCanRead（intCAN_DEV_ID,UBYTE*buf,intnBytes）{
等待信号量（该信号量由中断处理例程释放）
从接收缓冲区读取数据
释放接收缓冲
返回接收数据数量
}
intCanWrite（intCAN_DEV_ID,UBYTE*buf,intnbyte）{
查询发送缓冲是否可用
向发送缓冲区写数据
命令发送
查询发送完成标志
返回发送数据数量
}
voidinterrupt_handle_routin（intarg）{
处理中断事件
发送（释放）信号量
}
限于篇幅，其它函数略。
图3I/O系统整体结构
5CAN驱动调试
硬件驱动的调试是件十分麻烦的事，经验十分重要。
这里简要介绍几个帮助调试的函数。
①可以调用iosDrvShow（）、iosDevShow（）及iosFdShow（）查看相关内容，判断并将驱动及设备中入相应列表。
②使用logMsg（）现实相关内容，以定位错误。
初期调试，示波器和信号灯是非常有用的，可以确定硬件的工作状况，从而有助于发现程序中的错误。
6小结
笔者采用两种方式完成了CAN卡驱动。
相对于第一种（笔者亦完成），第二种方式——VxWorks的I/O系统将设备程序作为内核过程实现，大大减少了系统的开销，实时性和可靠性有了很大的提高，并且为用户提供了统一的接口，使用十分方便。
开发驱动程序，辅助工具是非常有用的。
Windows下的开发工具就比较多，而在VxWorks下开发驱动的工具相对较少。
Windriver是一款不错的开发工具，可以开发VxWorks下的驱动程序（也可以开发其它操作系统下的驱动程序）。
正确、熟练地使用这些辅助工具，会使开发工作事半功倍。
μC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植
文章作者：
张利桑伟张立
文章类型：
设计应用文章加入时间：
2003年11月11日15:
17
文章出处：
单片机及嵌入式系统应用
摘要：
以凌阳单片机为例详细介绍μC/OS-II的移植方法；重点讲解在系统移植过程中一些难以理解的概念，并首次实现了μC/OS-II在凌阳SPCE061A单片机上的移植。
关键词：
μC/OS-II凌阳单片机嵌入式系统
目前，实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。
μC/OS-II作为一个实时内核，由于其源码公开、代码规范，广受开发人员的喜爱。
SPCE061A是凌阳公司继μ’nSPTM系列产品SPCE500A等之后新推出的一款16位单片机，内部集成A/D、D/A等多种接口电路，能很方便地嵌入工业控制的各种场合。
更重要的是，其内嵌2K字的SRAM和32K的FlashROM，因此，在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现μC/OS-II系统的移植。
1μC/OS-II实时操作系统介绍
μC/OS-II是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统，它以源代码的形式给出。
其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。
系统最多支持56个任务，每个任务均有一个独有的优先级。
由于其内核为抢先式，所以总是处于运行态最高优先级的任务占用CPU。
系统提供了丰富的API函数，实现进程之间的通信以及进程状态的转化。
2μC/OS-II系统结构分析与移植
μC/OS-II的软件体系结构如图1所示。
从图1中可以看到，如果要使用μC/OS-II,必须为其编写OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三个文件。
这三个文件是与芯片的硬件特性有关的，它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。
其它文件用C写成，它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。
众所周知，μC/OS-II是一个多任务操作系统。
既然是多任务，就需要解决任务切换的问题。
任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。
由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作，所以它主要用汇编语言写成，因此，对于不同的单片机，其任务切换的代码是不同的；但是只要理解其原理，就能举一反三，以不变应万变。
下文将重点讲解任务切换的原理。
多任务系统在运行时每个任务好像独立占用CPU一样，因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。
该堆栈的作用是保存任务被切换前时CPU各寄存器的值以及系统堆栈的数据。
根据以上讨论，可总结出在进行任务切换时需要完成的工作，主要步骤如下：
①将当前任务CPU所有的寄存器压栈；
②将CPU系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中；
③得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针；
④恢复下一个任务的CPU寄存器的值；
⑤恢复下一个任务的系统堆栈中的数据；
⑥通过中断返回指令或函数返回指令，间接修改PC寄存器的值来进行任务切换。
在为μCOS-II编写任务切换代码时需要注意的是：
μCOS-II在每次发生中断后都会产生任务调度，但在中断结束后进行的任务切换，不能调用普通任务切换函数，这是因为在中断过程中往往伴随将CPU的状态寄存器压栈操作。
以凌阳单片机为例，在中断后，芯片将PC和SR寄存器的值压入堆栈，因此，在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。
在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。
μCOS-II要求系统能产生10~100Hz的时钟节拍。
该时钟节拍由硬件定时器产生。
仍以凌阳单片机为例，可选用时基信号TMB2产生128Hz中断，作为系统时钟节拍的产生源。
系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成，由于其主要功能在用C编写的子函数中实现，因此，编写该服务子程序的难度不大。
3μC/OS-IIBSP代码的编写
BSP（板级支持包）是介于底层硬件和操作系统之间的软件层，它对底层硬件进行封装，使得操作系统不再面对具体的硬件。
我们以凌阳SPACE061A单片机为例介绍BSP代码的编写。
3.1任务切换
凌阳SPACE061A单片机有R1~R5五个通用寄存器，还有1个SR（CPU状态寄存器），再加上PC，总共有7个CPU内部寄存器在任务切换时需要保存。
μCOS-II系统调用OSCtxSw（）来实现任务的切换，下面给出其部分代码：
_OSCtxSw:
PUSHALL//将所有寄存器压栈
OSIntCtxSw_in:
//求出系统堆栈的长度,并将其存入R2
R1=SP
R2=OSStkStart
R1+=1
R2=R2-R1
R1=[_OSTCBCμγ]//R1≤OSTCBStkPtr，R1为任
//务堆栈的头指针
R1=[R1]//首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[R1]=R2
R3=OSStkStart//得到堆栈的起始地址
//保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
R3-=1
R1+=1
R4=[R3]
[R1]=R4
R2-=1
JNZsave_stack
CALL_OSTaskSwHook
R1=[_OSTCBHighRdy]
[_OSTCBCur]=R1
R1=[_OSPrioHighRdy]
[_OSPrioCur]=R1
JMPOSCtxSw_in
3.2μCOS-II系统时钟
以凌阳SPCE061A单片机的TMB2时基信号作为系统时钟，每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断，在中断服务子程序中会调用OSTickISR（）函数，汇编代码如下：
_OSTickISR:
PUSHALL
R1=0x0001
testR1,[P_INT_Ctrl]
JZOUT
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
CALL_OSIntEnter
CALL_OSTimeTick
CALL_OSIntExit
OUT:
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
POPALL
RETI
结语
RTOS是当今嵌入式应用的热点。
应用RTOS，可以提高产品的可靠性，降低研发周期。
μCOS-II具有很好的实时性和很小的代码量，因此掌握μCOS-II的移植方法是相当重要的。
本文移植修改的源代码请参见本刊网络补充版（）。
μC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植
文章作者：
张利桑伟张立
文章类型：
设计应用文章加入时间：
2003年11月11日15:
17
文章出处：
单片机及嵌入式系统应用
摘要：
以凌阳单片机为例详细介绍μC/OS-II的移植方法；重点讲解在系统移植过程中一些难以理解的概念，并首次实现了μC/OS-II在凌阳SPCE061A单片机上的移植。
关键词：
μC/OS-II凌阳单片机嵌入式系统
目前，实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。
μC/OS-II作为一个实时内核，由于其源码公开、代码规范，广受开发人员的喜爱。
SPCE061A是凌阳公司继μ’nSPTM系列产品SPCE500A等之后新推出的一款16位单片机，内部集成A/D、D/A等多种接口电路，能很方便地嵌入工业控制的各种场合。
更重要的是，其内嵌2K字的SRAM和32K的FlashROM，因此，在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现μC/OS-II系统的移植。
1μC/OS-II实时操作系统介绍
μC/OS-II是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统，它以源代码的形式给出。
其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。
系统最多支持56个任务，每个任务均有一个独有的优先级。
由于其内核为抢先式，所以总是处于运行态最高优先级的任务占用CPU。
系统提供了丰富的API函数，实现进程之间的通信以及进程状态的转化。
2μC/OS-II系统结构分析与移植
μC/OS-II的软件体系结构如图1所示。
从图1中可以看到，如果要使用μC/OS-II,必须为其编写OS_CPU.H、OS_CPU_C.C、OS_CPU_A.ASM三个文件。
这三个文件是与芯片的硬件特性有关的，它们主要提供任务切换与系统时钟的功能。
其它文件用C写成，它们为系统提供任务管理、任务之间通信、时间管理以及内存管理等功能。
众所周知，μC/OS-II是一个多任务操作系统。
既然是多任务，就需要解决任务切换的问题。
任务切换是在进行系统移植过程需要解决的最主要的问题。
由于任务切换涉及到对芯片寄存器的操作，所以它主要用汇编语言写成，因此，对于不同的单片机，其任务切换的代码是不同的；但是只要理解其原理，就能举一反三，以不变应万变。
下文将重点讲解任务切换的原理。
多任务系统在运行时每个任务好像独立占用CPU一样，因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为该任务的任务堆栈。
该堆栈的作用是保存任务被切换前时CPU各寄存器的值以及系统堆栈的数据。
根据以上讨论，可总结出在进行任务切换时需要完成的工作，主要步骤如下：
①将当前任务CPU所有的寄存器压栈；
②将CPU系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务的任务堆栈中；
③得到下一个处于运行态优先级最高的任务的任务堆栈的指针；
④恢复下一个任务的CPU寄存器的值；
⑤恢复下一个任务的系统堆栈中的数据；
⑥通过中断返回指令或函数返回指令，间接修改PC寄存器的值来进行任务切换。
在为μCOS-II编写任务切换代码时需要注意的是：
μCOS-II在每次发生中断后都会产生任务调度，但在中断结束后进行的任务切换，不能调用普通任务切换函数，这是因为在中断过程中往往伴随将CPU的状态寄存器压栈操作。
以凌阳单片机为例，在中断后，芯片将PC和SR寄存器的值压入堆栈，因此，在中断结束后进行的任务切换中必须对堆栈指针进行调整。
在系统移植过程中另一个较为重要的部分是系统时钟。
μCOS-II要求系统能产生10~100Hz的时钟节拍。
该时钟节拍由硬件定时器产生。
仍以凌阳单片机为例，可选用时基信号TMB2产生128Hz中断，作为系统时钟节拍的产生源。
系统时钟中断服务子程序用汇编语言写成，由于其主要功能在用C编写的子函数中实现，因此，编写该服务子程序的难度不大。
3μC/OS-IIBSP代码的编写
BSP（板级支持包）是介于底层硬件和操作系统之间的软件层，它对底层硬件进行封装，使得操作系统不再面对具体的硬件。
我们以凌阳SPACE061A单片机为例介绍BSP代码的编写。
3.1任务切换
凌阳SPACE061A单片机有R1~R5五个通用寄存器，还有1个SR（CPU状态寄存器），再加上PC，总共有7个CPU内部寄存器在任务切换时需要保存。
μCOS-II系统调用OSCtxSw（）来实现任务的切换，下面给出其部分代码：
_OSCtxSw:
PUSHALL//将所有寄存器压栈
OSIntCtxSw_in:
//求出系统堆栈的长度,并将其存入R2
R1=SP
R2=OSStkStart
R1+=1
R2=R2-R1
R1=[_OSTCBCμγ]//R1≤OSTCBStkPtr，R1为任
//务堆栈的头指针
R1=[R1]//首先将系统堆栈长度保存在任
//务堆栈中
[R1]=R2
R3=OSStkStart//得到堆栈的起始地址
//保存系统堆栈到任务堆栈
save_stack:
R3-=1
R1+=1
R4=[R3]
[R1]=R4
R2-=1
JNZsave_stack
CALL_OSTaskSwHook
R1=[_OSTCBHighRdy]
[_OSTCBCur]=R1
R1=[_OSPrioHighRdy]
[_OSPrioCur]=R1
JMPOSCtxSw_in
3.2μCOS-II系统时钟
以凌阳SPCE061A单片机的TMB2时基信号作为系统时钟，每经历一个时钟节拍的时间将产生一次中断，在中断服务子程序中会调用OSTickISR（）函数，汇编代码如下：
_OSTickISR:
PUSHALL
R1=0x0001
testR1,[P_INT_Ctrl]
JZOUT
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
CALL_OSIntEnter
CALL_OSTimeTick
CALL_OSIntExit
OUT:
R1=0x0001
[P_INT_Clear]=R1
POPALL
RETI
结语
RTOS是当今嵌入式应用的热点。
应用RTOS，可以提高产品的可靠性，降低研发周期。
μCOS-II具有很好的实时性和很小的代码量，因此掌握μCO
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