關鍵詞：RTOS VxWorks PC/104 CAN I/O系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)
VxWorks是一款優(yōu)秀的實時多任務操作系統(tǒng)，具有搶占式調試、中斷延遲小等特點。本文在簡要介紹必備的硬件環(huán)境下，以VxWorks為平臺，詳細介紹驅動程序的開發(fā)。
1 PC/104-CAN適配卡的硬件結構
PC/104-CAN適配卡主要由CAN控制器（SJA1000）、光電隔離（6N137），收發(fā)驅動器（82C250）及譯碼電路組成。編程主要了解的是控制器SJA1000。CAN適配卡原理如圖1所示。
2 CAN地址譯碼和中斷選擇
系統(tǒng)104主板的CPU為486DX，其對接口板訪問有兩種方式：內存映射和I/O訪問。I/O尋址采用專門的指令，每次只能傳送單個字節(jié)。內存映射方式可以訪問較大的地址空間并且指令豐富，便于實現(xiàn)快速交換數(shù)據(jù)。本文討論的CAN卡采用存映射模式工作，與486DX接口是104總線，它與ISA總線兼容。對于Intel X86體系的CPU，ISA可以映射的空間為0xC8000～0xEFFFF。使用比較器和地址選擇開關組成可選端口地址譯碼電路，通過開關選通內存映射基地址（C8000H、C9000H、CA000H、…、EF000H），以避免與其它器件沖突。CAN偏移地址分配如下：
00～FFH SJA1000的寄存器；
100H～1FFH 對該范圍內的任意地址進行寫操作，均可導致CAN硬件復位。
SJA1000的INT引腳通過跳線選擇IRQ3～7、IRQ9～12或IRQ15中的一個，避免與其它的適配卡沖突。
3 PC/104-CAN適配卡驅動實現(xiàn)
3.1 VxWorks驅動概述
VxWorks操作系統(tǒng)有兩種方式實現(xiàn)驅動。第一種方式是，把設備驅動程序作為獨立任務實現(xiàn)，直接在頂層任務中實現(xiàn)硬件操作，完成特有專用的驅動程序。第二種方式是，VxWorks的I/O系統(tǒng)將設備程序作為內核過程實現(xiàn)。這種方式便于實現(xiàn)I/O子系統(tǒng)的層次模型，便于文件系統(tǒng)一起把設備作為特殊文件處理，提供統(tǒng)一的管理、統(tǒng)一的界面和統(tǒng)一的使用方法，并把設備、文件及網(wǎng)絡通信組織成為一致的更高層次的抽象，為用戶提供統(tǒng)一的系統(tǒng)服務和用戶接口。我們和這種驅動方式。
作為I/O系統(tǒng)和硬件設備之間的連接層，VxWorks驅動就是屏蔽硬件操作，為I/O系統(tǒng)提供服務。實現(xiàn)一個完整的驅動，必須了解VxWorks下I/O的三個基本元素：File、Driver和Dervice。File是為用戶提供訪問設備的統(tǒng)一接口；Driver是實現(xiàn)具體的基本控制函數(shù)，也就是實現(xiàn)I/O系統(tǒng)所需要的接口；而Device則是一個抽象的硬件設備，是一系列的結構體、變量和宏定義對實際物理設備的定義。一般而言，實現(xiàn)一個驅動應該有三個基本的步驟：①用編程語言完成對實際物理設備的抽象；②完成系統(tǒng)所需要的各類接口及自身的特殊接口；③將驅動集成到操作系統(tǒng)中。之后還有一些調試工作。
3.2 VxWorks I/O系統(tǒng)驅動程序框架
VxWorks為各種設備（包括字符設備、塊設備、虛擬設備及網(wǎng)絡設備）提供統(tǒng)一的訪問接口，包括七種基本的I/O函數(shù)：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系統(tǒng)所起的作用就是，把用戶請求分配到與設備對應的驅動例程中去。VxWorks系統(tǒng)中有一個驅動程序列表，其形式如表1所列。
表1 設備驅動列表（調試時可利用iosDrvShow()查看）
| 驅動號碼 | create | remove | open | close | read | write | ioctl |
| 1 | |||||||
| 2 | ca Open | NULL | ca Open | ca Close | ca Read | ca Write | ca Ioctl |
I/O系統(tǒng)的可動態(tài)調用iosDrvInstall()函數(shù)將設備的驅動例程（即XXOpen()、XXClose()、XXRead()等）加入到設備驅動列表中，如圖2所示。
同樣，系統(tǒng)中有一個設備列表，每個設備對應于設備列表中的一項，每一項包括設備名稱和設備驅動號，同時包括一個設備描述的結構。該結構第一個變量是DEV_HDR類型的變量DEV_HDR。
DEV_HDR的定義如下：
Typedef struct
{
DL_NODE node； /*設備列表節(jié)點*/
short drvNum; /*驅動號碼*/
char *name; /*設備名*/
}DEV_HDR；
系統(tǒng)調用iosDevAdd()，可以將設備加入到設備列表中。系統(tǒng)中將驅動和設備聯(lián)系起來的就是文件描述符列表，每個文件描述符列表除了包括驅動號、設備ID外，還包括文件名、可用標志和指向DEV_HDR的指針。系統(tǒng)每次成功執(zhí)行open()，返回一個文件描述符，這樣對于設備的read()、write()及ioctl（）就可以通過文件描述符進行。
文件描述符表（調試時調用iosFdShow()查看）如下：
I/O系統(tǒng)的整體結構如圖3所示。系統(tǒng)啟動時（一般掛接在usrroot()），XXDrv()和XXDevCreade()便將設備及其驅動加入相應的列表中。
3.3 設備驅動程序的訪問過程
下面以CAN驅動程序為例，說明驅動程序的訪問過程。（假定設備名“/can/1”并且以CAN設備驅動程序為例，上述中的XX在這里用Can代替。）
①fd=open(“/can/1”,O_RDWR,0644)
②I/O系統(tǒng)在設備列表中尋找設備名為/can/1的設備項，找到相應的設備驅動號。
③I/O系統(tǒng)在文件描述符中保留一個文件描述符空間。
④I/O系統(tǒng)在設備驅動列表中找到對應的CanOpen(CAN_DEV*PCAN_DEV,UBYTE*remainder,int flags)，該驅動例程返回設備描述符的指針。
⑤I/O系統(tǒng)將設備描述符的指針存儲在文件描述符列表的Device ID，同時將對應的設備驅動號存儲在文件描述符的Driver num項。最后I/O系統(tǒng)返回該描述符項的索引（即為fd）。
⑥這樣應用程序中的read()和write（）等函數(shù)調用就可以根據(jù)fd找到相應的設備驅動號，進而找到相應的驅動例程。
4 CAN驅動程序的實現(xiàn)
CAN驅動程序的實現(xiàn)即是完成下面七個函數(shù)的編寫。下面簡要介紹其完成的功能，并用偽指令進行說明。
int drv_num; ;/*驅動號碼*/
typedef struct {
DEV_HDR pCANHDR; /*這個數(shù)據(jù)結構必須放在設備描述符的最初部分*/
/*其余與驅動有關數(shù)據(jù)*/
}CAN_DEV； /*CAN設備描述符*/
CAN_DEV can_chan_dev；
STATUS CanDrv(void){
完成驅動的一些初始化；
intconnect(); /*連接所選的IRQ與中斷處理函數(shù)*/
sysIntEnablePIC(); /*486DX允許中斷*/
drv_num=iosDrvInstall(CanOpen,NULL，CanOpen，CanClose，CanRead,CanWrite，CanIoctl)；/*將設備驅動例程裝入設備列表中*/
}
/*iosDrvInstall()將設備的CAN驅動例程加入設備驅動列表中，7個參數(shù)為7個驅動例程的進入點（entry point），如果沒有某個例程，則傳遞NULL。*/
STATUS CanDevCreate（）{
完成一些設備初始化
iosDevAdd (&Can_chan_dev.pCANHDR,“can0”，drv_num)；/*將設備放入設備驅動列表中*/
}
int CanOpen(CAN_DEV *pCan_Dev,UBYTE *remainder,int flags){
CAN卡硬件復位
CAN卡關中斷
CAN卡進入軟件復位模式
設置CAN卡工作寄存器，如接收碼寄存器和屏蔽碼寄存器等
CAN卡開中斷和進入操作模式
Return((int)pCan_Dev); /*注意必須返回設備描述結構指針*/
}
int CanRead(int CAN_DEV_ID,UBYTE * buf,int nBytes){
等待信號量（該信號量由中斷處理例程釋放）
從接收緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)
釋放接收緩沖
返回接收數(shù)據(jù)數(shù)量
}
int CanWrite(int CAN_DEV_ID,UBYTE* buf,int nbyte){
查詢發(fā)送緩沖是否可用
向發(fā)送緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)
命令發(fā)送
查詢發(fā)送完成標志
返回發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)量
}
void interrupt_handle_routin(int arg){
處理中斷事件
發(fā)送（釋放）信號量
}
限于篇幅，其它函數(shù)略。
圖3 I/O系統(tǒng)整體結構
5 CAN驅動調試
硬件驅動的調試是件十分麻煩的事，經(jīng)驗十分重要。這里簡要介紹幾個幫助調試的函數(shù)。
①可以調用iosDrvShow()、iosDevShow（）及iosFdShow()查看相關內容，判斷并將驅動及設備中入相應列表。
②使用logMsg()現(xiàn)實相關內容，以定位錯誤。
初期調試，示波器和信號燈是非常有用的，可以確定硬件的工作狀況，從而有助于發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。
6 小結
筆者采用兩種方式完成了CAN卡驅動。相對于第一種（筆者亦完成），第二種方式——VxWorks的I/O系統(tǒng)將設備程序作為內核過程實現(xiàn)，大大減少了系統(tǒng)的開銷，實時性和可靠性有了很大的提高，并且為用戶提供了統(tǒng)一的接口，使用十分方便。
開發(fā)驅動程序，輔助工具是非常有用的。Windows下的開發(fā)工具就比較多，而在VxWorks下開發(fā)驅動的工具相對較少。Windriver是一款不錯的開發(fā)工具，可以開發(fā)VxWorks下的驅動程序（也可以開發(fā)其它操作系統(tǒng)下的驅動程序）。正確、熟練地使用這些輔助工具，會使開發(fā)工作事半功倍。
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