频谱仪多种内核间通信机制的方案设计

频谱仪多种内核间通信机制的方案设计

       写Linux设备驱动的第一步，是完善头文件中的宏定义，除了各种参数的定义外，主要是实现硬件寄存器的物理地址到虚拟地址的映射。对于硬件寄存器的操作，其实就是对其物理地址进行读写操作。而Linux系统提供了一种内存管理机制，在这种机制下，程序可以使用比真实物理地址大得多的地址空间，称为虚拟地址。Linux系统中程序的操作部是使用虚拟地址，所以要完成物理地址到虚拟地址的映射。

       本课题采用ioremap函数的方法，如下： #define AT91C_SMC_CSR2*(volatile unsigned long*)ioremap(0xFFFFFF78．4)

       对于ioremap函数，就是将物理地址0xFFFFFF78开始的4字节的地址映射到虚拟地址空间中，返回值即4字节虚拟地址的首地址，赋给宏定义的变量名AT91C_SMC_CSR2。对宏定义的操作即对物理地址的操作。

       4．1．2 HPI驱动的初始化

       首先是对HPI硬件的初始化以及中断初始化。对于HPI，主要是重置DSP，已完成时序的同步。设置SMC(静态存储控制器)，因为ARM跟DSP的HPI通信是使用PIO线复用。最后向DSP发送握手信号，表示初始化完成。

       对于中断的初始化，使用： request_irq(AT91C_ID_IRQ0，handler，SA_INTERRUPT，”irqO”，NULL)；此函数向内核注册中断，包括中断号和中断处理函数handler。对于HPI设备的注册，为HPI设备分配系统未使用的254作为主设备号，0为次设备号。通过register_chrdev_region函数向内核注册。函数cdev_init是初始化设备，其实就是建立设备与file_operations结构的对应关系。最后将设备加入内核。代码如下：
   

       上述的代码都是在驱动模块的hpi_init函数中实现。在HPI驱动被加载到内核时就完成了一系列初始化。

       4．1．3 file_operations结构中函数的实现

       设计驱动的大部分工作就是实现file_operations结构中的函数。代码如下：
   

       其中，“．owner=THIS_MODULE”表示结构属于本模块，然后是open、read等各函数的对应关系。由于初始化在hpi_init函数中实现，所以open函数并没有特别的操作，主要是在终端输出信息。函数release主要是申请中断资源的释放，使用free_irq函数。下面主要讲解read函数，write函数与之类似，不再详述。

       ssize_t hpi_read(struct file*file，char*buf，size_t count，loff_t*offp)

       其中，参数file是打开文件的标识符；参数buf和count就是要向buf指向的地址存放count字节的数据；参数offp是文件读取的位置，默认为文件头，不用设置。

        在read函数的最开始有如下代码：

       wait_event interruptible(hpi_wait，ev_start)；
    down(＆sem)；
    ……
    up(＆sem)；

       其中wait_event_interruptible函数会阻塞进程，使其进入等待队列。直到DSP的数据准备好后，发来中断。HPI设备注册的中断处理函数handler会将变量ev_start置1，同时唤醒hpi_wait等待队列。read函数继续执行之后的代码，即开始从DSP的HPID寄存器读取数据到参数buf指向的地址。读取完成后向DSP指定地址写入0xffffffff，表示读取完成。函数down与up是操作二进制信号量，使渎取数据的过程为“原子”操作，避免执行过程中被打断，从而影响读取结果。read函数的流程如图5所示。

4．1．4 资源的释放

       与hpi_init函数相对应的是hpi_exit函数，实现的是资源的释放。代码如下：
   

    以上代码包括中断资源释放、映射关系释放、内存释放、没备释放。与hpi_init函数比较可看出，释放的顺序与申请注册的顺序正好相反。

4．1．5 模块的编译、加载

       在驱动文件的最后加上如下代码，设置模块加载与释放对应的函数：

    module_init(hpi_init)；
    module_exit(hpi_exit)；

       完成了驱动程序的编写，将源程序文件在Linux开发环境下编译成．ko的模块文件，使用insmod和rmmod指令来加载和卸载模块。

4．2 SPI设备驱动程序实现

        在SPI的驱动设计中，大体的框架跟HPI是相同的。包括头文件宏定义的完善、SPI设备的初始化、file_operations结构中函数的实现、资源释放，最后编译、加载。需要说明的是AT91RM9200自带了SPI接口，所以初始化时要根据芯片手册对SPI接口的I／O线、时钟、工作模式
等进行配置，才能保证硬件的正常工作。

       在SPI驱动的write函数中，使用了如下代码：  copy_from_user(Ytos，buf，count)；

       在Linux的驱动设计中，经常涉及到用户空间和内核空间的通信问题，即数据的交换。copy_from_user与copy_to_user函数就是为了实现这一功能。上述代码实现的功能就是将用户空间buf的count字节的内容复制到内核中定义的数组Ytos中，从而完成用户空间和内核的数据交换。驱动的其余实现类似HPI，不再详述。

4．3 驱动的调试

       对于程序语法的调试，在编译的过程中解决。根据Linux平台下的交叉编译器arm-linux-gcc的提示信息，修改出现的语法类错误。在保证了驱动文件的成功编译后，对于程序功能的调试，采用打印函数printk跟踪调试。在程序适当的位置加入printk打印信息，如根据设备注册函数的返回值来打印成功或者失败的信息，可以很直观的了解程序的运行情况，是很有效的调试方法。在调试过程中，利用示波器来检测某些通信端口的电平信息，可以了解到是否有数据通信。通过几种手段的结合，最后完成驱动程序的调试。

5 结语

       本课题采用ARM、DSP、FPGA的三核构建的系统平台，将它们各自的优点有机的结合起来。在完成各自的数据处理后，分别通过HPI、SPI接口进行数据交换，在ARM的整体控制下，实现了系统稳定运作。而基于ARM的嵌入式Linux操作系统，还能提供友好的人机交互界面。该平台在智能仪表、信号测试分析等领域都能发挥很好的作用。