以uClinux为背景,介绍中断驱动的I/O设备驱动的开发

引 言

在32位微处理器逐渐成为嵌入式系统主流的同时，嵌入式应用也变得越来越复杂。许多嵌入式系统都不得不借助于专用的操作系统来支撑自己的应用。uClinux作为类Unix操作系统，继承了Linux的各种优秀的品质，成为首选的嵌入式系统的操作系统。

为自己的设备在操作系统下添加驱动程序，是嵌入式设计必不可少的部分。针对不同的设备类型，选择合适的驱动程序的模式，同样也是十分重要的。通常的设备驱动采用直接I/O的方式，如存储器、看门狗等;而对于象网络这样的数据流设备的驱动，则应该用到中断机制。

本文以uClinux为背景，以一种数据流设备为目标，介绍中断驱动的I/O设备驱动的开发。

1 应用背景

1.1 硬件描述

本文介绍的驱动程序是应用在一种电信E1线路和以太网互联设备上的。它是旁路接收E1数据并将其发送到以太网的某一台服务器上，在服务器上对E1的话路和信令时隙分析。

该设备中的处理器是采用三星公司出品的网络型ARM处理器S3C4510B。E1线路接口采用Dallas半导体公司的专用El接口单元（LIU）芯片 DS2148，它完成波形整理、时钟恢复和HDB3解码。DS2148将整理后的E1数据流送给一片Altera公司的Cyclone系列的 FPGA（EPlC3T144C8），它将串行的E1数据流存入到FIFO，再通过ARM的32位外部总线将数据传送给ARM。ARM将数据打包通过以太网发送到服务器上。图l所示是本系统的硬件框图。本文主要介绍接在ARM的外部总线上的FPGA，在uClinux下的驱动程序中断机制的设计。

1.2硬件连接

S3C4510B处理器和FPGA的连接电路如图2所示。

1.3 FPGA内FIFO的结构

在FPGA内部设置了两个FIFO。为了防止ARM和FPGA操作的冲突，ARM和FPGA对两个FIFO操作采用乒乓方式，这样ARM和FPGA就可以同时操作不同的FIFO，而不需要等待。FIFO的大小是4096位，能容纳一个E1复帧的数据量。当FPGA将一个FIFO填满后，会用中断的方式通知ARM来读FIFO，同时FPGA会置内部的F1FO状态寄存器。 FIFO）状态寄存器命名为fpga_imf，是一个32位的寄存器，用其中某几位置“l”，表示对应的FIFO需要读取。

2 软件设计

中断驱动的I/O是指，输人数据在中断期间被填充到缓冲区内，并由读取该设备的进程取走缓冲区内的数据;输出缓冲区由写设备的进程填充，并在中断期间取走数据。数据缓冲可以将数据的发送和接收与write及read系统调用分离开来，提高系统的整体性能。下面是uCllnux下的中断程序的设计。

2.1 uClinux下的中断程序

在uClinux系统中，通过调用下面这个函数向系统申请一个中断通道（或中断请求IRQ），并在处理完以后释放掉它。

mt reqLIest_irq（unsigned int irq，void（*handler）（int，vold*，

struct pt_regs*），unsigned 10ng flags，const chat*device，

vold*dev_id）;

void free_irq（unstgned int lrq，VOid*dev_id）;

其中，irq是中断号。在本系统中它对应于S3C4510B的21个中断源。这里用的是中断源O。handler指向要安装的中断处理函数的指针。 flags是一个与中断管理有关的各种选项的字节掩码。device传递给request_irq的字符串，在/proc/interrupts中用于显示中断的拥有者。dev_id指针用于共享的中断信号线。函数的返回值为O时表示成功，或者返回一个负的错误码。函数返回一EBUJSY通知另一个设备驱动程序已经使用了要申请的中断信号线。下面是FPGA的设备中断申请函数。这个函数是在驱动中的fpga_open函数中被调用的。

int fpga_open（struct inode*inocle，stuct_file*file）{

int result;

result=request_irq（FPGA_IRQ，δfpga_isr，SA_INTER-RUPT，″fpga″，NULL）;

if（resuIt！=O）{

printk（KERN_INFO”Can not register FPGA ISR！\n”）;}else{

printk（KERN_INFO″FPGA ISR Register successfully！\n”）;

}

}

在申请了中断通道后，系统会响应外部中断0，而进入中断处理程序。中断处理程序的第一步是要先清除S3C4510B的中断悬挂寄存器的外部中断O位。这是为了让FPGA可以产生新的中断。在uClinux系统中是调用下面的宏来实现的。

责任编辑：lq6