Vxworks嵌入式操作系统下网络设备驱动程序设计_嵌入式系统论文

作者email:  cai_yang@etang.com

摘　要：本文主要介绍在vxworks操作系统下网络设备驱动程序设计、调试方法以及将其加入系统内核的配置方法。

关键词：vxworks  嵌入式操作系统 网络设备

引 言
　　vxworks操作系统是美国windriver公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（rtos），是嵌入式开发环境的关键组成部分。良好的持续发展能力、高性能的内核以及友好的用户开发环境，在嵌入式实时操作系统领域占据一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通讯、军事演习、弹道制导、飞机导航等。
　　

1 嵌入式系统
　　嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面向应用，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。和通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统，目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用；它的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。

　嵌入式系统主要由嵌入式处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及特定的应用程序等四部分组成，是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”；用于实现对其它设备的控制、监视或管理等功能。

　嵌入式系统应具有的特点是：要求高可靠性；在恶劣的环境或突然断电的情况下，要求系统仍然能够正常工作；许多嵌入式应用要求实时处理能力，这就要求嵌入式操作系统(eos)具有实时处理能力；嵌入式系统中的软件代码要求高质量、高可靠性，一般都固化在只读存储器中或闪存中，也就是说软件要求固态化存储，而不是存储在磁盘等载体中。

2 设备驱动程序

vxworks5.4中驱动程序主要分为三种：字符、块以及网络驱动程序。本文所介绍的网卡驱动程序则属于网络设备驱动程序。

2.1 网络设备驱动程序设计

网络的各功能部件图1所示，网络设备驱动程序实际上是处理硬件和上层协议之间的接口程序。网络传输协议层分发数据在应用程序接口和网络接口之间。网络化网络协议（如ip协议）发送数据在网络主机之间。连接/接口层使能主机隶属于硬件到相同媒质的通信。

在vxworks5.4中，网卡驱动程序又分为end（enhanced network driver）和bsd两种。它们分别处于如图2所示结构中。

2.1.1 bsd驱动程序设计

在vxworks5.4中，网络驱动程序都是基于bsd unix版本4.3基础上的，这些驱动程序都定义在一个全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5个函数指针，它们都被映射到ifnet结构中，这5个函数可见表1，它们在ip协议层任何地方被调用。

表1 网络接口处理

驱动程序入口xxattach( )调用ether_attach( )来把上述5个函数映射到ifnet结构中，ether_attach( )调用如下：

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;
上述参数中，需要一个接口数据记录（interface data record (idr)），unit号和设备名，下面四个参数就是相关驱动程序的函数指针。第一个函数指针指的是init( )例程，这个例程可要可不要，第二个函数指针指的是ioctl( )接口，它允许上层来控制设备状态；第三个函数指针指的是把数据包送到层；最后一个函数指针指的是如果tcp/ip堆栈决定需要复位的话，它就复位这个设备。

接着下面那一句代码表示添加数据传输例程到idr，ether_output( )例程被调用后，传输开始例程就被tcp/ip协议堆栈调用。

在这个入口驱动程序中还包括设备的初始化、发送和接收描述符的初始化等。

2.1.2 end驱动程序设计

end驱动程序是基于mux模式，网络驱动程序被划分为协议组件和硬件组件。mux数据链路层和网络层之间的接口，它管理网络协议接口和低层硬件接口之间的交互；将硬件从网络协议的细节中隔离出来；删除使用输入钩例程来过滤接收从协议来的数据包，和删除了使用输出钩例程来过滤协议包的发送；并且链路层上的驱动程序需要访问网络层（ip或其他协议）时，也会调用相关的mux例程。值得注意的是，网络层协议和数据链路层驱动程序不能直接通讯，它们必须通过mux。如图3所示： 

2.3将驱动程序加载到vxworks系统中

要对所设计的驱动程序进行测试，首先就必须把驱动程序加载到vxworks image中，并且给设备分配一个ip，这样才能有利于网间测试。

首先，修改confignet.h文件，添加如下代码：

#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，编辑config.h文件，添加如下代码：

#define include_dm_9102_end      /* davicom 9102 fast ethernet controller */

最后，编辑syslib.c文件，添加如下代码：

/* 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 */

通过上述过程相应的添加程序，然后重新编译vxworks，这样就将所设计的网卡驱动程序添加到vxworks内核中了。

2.4 pci设备检测

如果所设计的网卡是基于pci总线的，那么在程序开始就需要对pci设备进行检测，在vxworks5.4中有专门的pci函数来检测设备的总线号、设备号和功能号。首先利用pcifinddevice( )函数对给定vendorid和deviceid的设备进行检测，检测完后同时给出了设备的总线号、设备号和功能号；接下来就是获得该设备的中断号、基地址（包括io和内存）。vxworks中pciconfiglib.h文件中定义pci总线的常量。如中断号：pci_cfg_brg_int_line，io基地址：pci_cfg_base_address_0，内存基地址：pci_cfg_base_address_1等等。所以利用函数pciconfiginbyte和pciconfiginlong就可以很容易地获得设备的中断号和基地址。

2.5 调试方法

为了方便调试网卡驱动程序，推荐利用串口对程序进行下载并将vxworks image拷贝到软盘中以从软盘来加载它。调试的时候首先应该给网卡分配一个ip（利用usrnetifconfig函数），然后利用ping来对网卡进行测试。

3  结语

　　利用上述方法所设计的网卡后，不久可以利用它来进行程序下载，而且能满足网卡所有的功能，包括对tcp/ip和udp/ip（组播、广播和单播）进行了测试。