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Vxworks嵌入式操作系統(tǒng)下網(wǎng)絡設備驅動程序設計
作者Email: cai_yang@etang.com
摘 要：本文主要介紹在Vxworks操作系統(tǒng)下網(wǎng)絡設備驅動程序設計、調試方法以及將其加入系統(tǒng)內核的配置方法。
關鍵詞：Vxworks 嵌入式操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡設備
引 言
VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。
1 嵌入式系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計算機為技術核心，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應用，軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。和通用計算機不同，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應用的專用系統(tǒng)，目的就是要把一切變得更簡單、更方便、更普遍、更適用；它的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。
嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及特定的應用程序等四部分組成，是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”；用于實現(xiàn)對其它設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。
嵌入式系統(tǒng)應具有的特點是：要求高可靠性；在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統(tǒng)仍然能夠正常工作；許多嵌入式應用要求實時處理能力，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)(EOS)具有實時處理能力；嵌入式系統(tǒng)中的軟件代碼要求高質量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。
2 設備驅動程序
Vxworks5.4中驅動程序主要分為三種：字符、塊以及網(wǎng)絡驅動程序。本文所介紹的網(wǎng)卡驅動程序則屬于網(wǎng)絡設備驅動程序。
2.1 網(wǎng)絡設備驅動程序設計
網(wǎng)絡的各功能部件圖1所示，網(wǎng)絡設備驅動程序實際上是處理硬件和上層協(xié)議之間的接口程序。網(wǎng)絡傳輸協(xié)議層分發(fā)數(shù)據(jù)在應用程序接口和網(wǎng)絡接口之間。網(wǎng)絡化網(wǎng)絡協(xié)議（如IP協(xié)議）發(fā)送數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡主機之間。連接/接口層使能主機隸屬于硬件到相同物理媒質的通信。
在Vxworks5.4中，網(wǎng)卡驅動程序又分為END（Enhanced Network Driver）和BSD兩種。它們分別處于如圖2所示結構中。
2.1.1 BSD驅動程序設計
在Vxworks5.4中，網(wǎng)絡驅動程序都是基于BSD UNIX版本4.3基礎上的，這些驅動程序都定義在一個全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5個函數(shù)指針，它們都被映射到ifnet結構中，這5個函數(shù)可見表1，它們在IP協(xié)議層任何地方被調用。
表1 網(wǎng)絡接口處理
驅動程序指定函數(shù)
函數(shù)指針
功能
xxInit( )
if_init
初始化接口
xxOutput( )
if_output
對要傳輸?shù)妮敵龇纸M進行排隊
xxIoctl( )
if_ioctl
處理I/O控制命令
xxReset( )
if_reset
復位接口設備
xxWatchdog( )
if_watchdog (optional)
周期性接口例程
驅動程序入口xxattach( )調用ether_attach( )來把上述5個函數(shù)映射到ifnet結構中，ether_attach( )調用如下：
ether_attach(
(IFNET *) & pDrvCtrl->idr,
unit,
"xx",
(FUNCPTR) NULL,
(FUNCPTR) xxIoctl,
(FUNCPTR) ether_output( ), /* generic ether_output */
(FUNCPTR) xxReset
);
pDrvCtrl->idr.ac_if.if_start = (FUNCPTR)xxTxStartup;
上述參數(shù)中，需要一個接口數(shù)據(jù)記錄（Interface Data Record (idr)），unit號和設備名，下面四個參數(shù)就是相關驅動程序的函數(shù)指針。第一個函數(shù)指針指的是init( )例程，這個例程可要可不要，第二個函數(shù)指針指的是ioctl( )接口，它允許上層來控制設備狀態(tài)；第三個函數(shù)指針指的是把數(shù)據(jù)包送到物理層；最后一個函數(shù)指針指的是如果TCP/IP堆棧決定需要復位的話，它就復位這個設備。
接著下面那一句代碼表示添加數(shù)據(jù)傳輸例程到IDR，ether_output( )例程被調用后，傳輸開始例程就被TCP/IP協(xié)議堆棧調用。
在這個入口驅動程序中還包括設備的初始化、發(fā)送和接收描述符的初始化等。
2.1.2 END驅動程序設計
END驅動程序是基于MUX模式，網(wǎng)絡驅動程序被劃分為協(xié)議組件和硬件組件。MUX數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層之間的接口，它管理網(wǎng)絡協(xié)議接口和低層硬件接口之間的交互；將硬件從網(wǎng)絡協(xié)議的細節(jié)中隔離出來；刪除使用輸入鉤例程來過濾接收從協(xié)議來的數(shù)據(jù)包，和刪除了使用輸出鉤例程來過濾協(xié)議包的發(fā)送；并且鏈路層上的驅動程序需要訪問網(wǎng)絡層（IP或其他協(xié)議）時，也會調用相關的MUX例程。值得注意的是，網(wǎng)絡層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層驅動程序不能直接通訊，它們必須通過MUX。如圖3所示：
2.3將驅動程序加載到Vxworks系統(tǒng)中
要對所設計的驅動程序進行測試，首先就必須把驅動程序加載到Vxworks IMAGE中，并且給設備分配一個IP，這樣才能有利于網(wǎng)間測試。
首先，修改configNet.h文件，添加如下代碼：
#ifdef INCLUDE_DM_9102_END
#define DM_9102_BUFF_LOAN_0 1
#define DM_9102_LOAD_FUNC sysDm9102EndLoad
#define DM_9102_LOAD_STR_0 ""
IMPORT END_OBJ * DM_9102_LOAD_FUNC (char *, void *);
和END_TBL_ENTRY endDevTbl [] 中添加
#ifdef INCLUDE_DM_9102_END
{0, DM_9102_LOAD_FUNC, DM_9102_LOAD_STR_0, TRUE, NULL, FALSE},
#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */
其次，編輯config.h文件，添加如下代碼：
#define INCLUDE_DM_9102_END /* Davicom 9102 Fast Ethernet Controller */
最后，編輯sysLib.c文件，添加如下代碼：
/* include dm9102 End driver support routines */
#ifdef INCLUDE_DM_9102_END
IMPORT STATUS sysDm9102PciInit (void);
#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */
/* include dm9102End driver support routines */
#ifdef INCLUDE_DM_9102_END
#include "sysDm9102End.c"
#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */
#ifdef INCLUDE_DM_9102_END
sysDm9102PciInit ();
#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */
通過上述過程相應的添加程序，然后重新編譯Vxworks，這樣就將所設計的網(wǎng)卡驅動程序添加到Vxworks內核中了。
2.4 PCI設備檢測
如果所設計的網(wǎng)卡是基于PCI總線的，那么在程序開始就需要對PCI設備進行檢測，在Vxworks5.4中有專門的PCI函數(shù)來檢測設備的總線號、設備號和功能號。首先利用pciFindDevice( )函數(shù)對給定VendorID和DeviceID的設備進行檢測，檢測完后同時給出了設備的總線號、設備號和功能號；接下來就是獲得該設備的中斷號、基地址（包括IO和內存）。Vxworks中pciConfigLib.h文件中定義PCI總線的常量。如中斷號：PCI_CFG_BRG_INT_LINE，IO基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_0，內存基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_1等等。所以利用函數(shù)pciConfigInByte和pciConfigInLong就可以很容易地獲得設備的中斷號和基地址。
2.5 調試方法
為了方便調試網(wǎng)卡驅動程序，推薦利用串口對程序進行下載并將Vxworks image拷貝到軟盤中以從軟盤來加載它。調試的時候首先應該給網(wǎng)卡分配一個IP（利用usrNetIfConfig函數(shù)），然后利用ping來對網(wǎng)卡進行測試。
3 結語
利用上述方法所設計的網(wǎng)卡后，不久可以利用它來進行程序下載，而且能滿足網(wǎng)卡所有的功能，包括對TCP/IP和UDP/IP（組播、廣播和單播）進行了測試。
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