CN103136140A - 一种用于数控总线通讯板的数据读写装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及嵌入式技术领域，具体的说是一种用于数控总线通信板卡的数据读写装置和方法。本发明的主控板通过主控板上的GPMC与总线通信板卡相连，上位机通过GPMC读写总线通信板卡上的存储器件，完成上位机命令的发送以及总线反馈数据的接收；所述总线通信板卡，通过总线通信板卡上的GPMC与主控板相连。本发明在方法上采用Linux内核模块的编程模型，包括模块初始化，完成GPMC配置操作；中断服务例程，完成GPMC读写操作；模块清除处理，完成GPMC释放操作；编译成可动态加载的内核模块；对模块进行加载和卸载。本发明硬件设计简单，编程模型灵活，通用性强，灵活性好。

Description

一种用于数控总线通讯板的数据读写装置和方法

技术领域

本发明涉及嵌入式技术领域，具体的说是一种用于数控总线通信板卡的数据读写装置和方法。 

背景技术

高速、高精、开放式与智能化是数控技术的发展趋势，传统基于模拟接口的数控系统因其单向通信及存在干扰等问题，越来越凸显出局限性。而基于现场总线的数控系统因具有分布式控制及全数字通信等优点，能满足高速、高精、开放式与智能化的控制需求。基于现场总线的数控系统结构如图1所示。数控系统中的主要部件包括数字控制器、伺服驱动器以及IO设备等。现场总线的主设备以总线通信板卡的形式插入数控装置，从设备一般直接在伺服驱动器的硬件板上实现，主设备和设备通过现场总线进行通信。总线通信板卡数据读写接口的实现方式依据平台而定，其在PC平台上的实现大多采用的是成熟的PCI接口，而在嵌入式平台上则很少有类似的成熟接口可用，即使有也需要复杂的电路或专用芯片的支持。如图2所示，USB接口的实现采用了USB协议芯片PDIUSBD11，而图3所示RS232接口的实现则采用了电平转换芯片MAX232，这些实现方法需要设计额外的接口电路、连线复杂、编程困难，通讯方式单一，难以满足多种多样的板级通讯需求。 

发明内容

为了克服现有的嵌入式平台常规接口电路复杂、编程困难的不足，本发明提供一种板级的数据读写方法，该方法不仅不需要专门的电路及协议芯片支持，而且编程模型简单，能方便地应用于板级通讯。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于数控总线通讯板的数据读写装置，主控板通过主控板上的GPMC与总线通信板卡相连，上位机通过GPMC读写总线通信板卡上的存储器件，完成上位机命令的发送以及总线反 馈数据的接收；所述总线通信板卡，通过总线通信板卡上的GPMC与主控板相连。 

所述所述主控板包括处理器、以太网接口、USB、GPMC、串口、FLASH、SD卡接口、SDRAM、LCD接口、VGA。 

所述总线通信板卡包括FPGA芯片、GPMC、以太网接口。 

所述上位机或主控板采用Linux操作系统，对Linux内核源码进行修改。 

一种用于数控总线通讯板的数据读写方法，采用Linux内核模块的编程模型，包括以下步骤： 

模块初始化，完成GPMC配置操作； 

中断服务例程，完成GPMC读写操作； 

模块清除处理，完成GPMC释放操作； 

编译成可动态加载的内核模块； 

对模块进行加载和卸载。 

本发明具有以下优点： 

1.硬件设计简单。不需要额外的电路或芯片支持，具有规范的接口。 

2.编程模型灵活。只需要配置好接口的工作模式，即可像读写普通存储器一样进行板级数据通讯。 

3.通用性强。支持多种通讯模式：同步/异步；地址数据复用/非复用。支持众多外部存储器件：异步方式的类SRAM存储器以及专用集成电路器件；NORflash器件；NAND器件；Pseudo-SRAM器件等。 

4.灵活性好。本发明提供了用于参数配置的完备的API，用户可以通过应用接口或系统调用对读写接口进行定制，使其满足实际的数据通讯需求，获得最佳效果。 

附图说明

图1为本发明应用的数控系统结构图； 

图2为现有技术对USB接口的一种实现； 

图3为现有技术对串行接口的一种实现； 

图4为本发明应用的数控系统硬件结构图； 

图5为本发明应用的GPMC的工作原理图； 

图6为本发明应用的OMAP3530主控板GPMC模块的电路原理图； 

图7为本发明应用于SSB-III总线通信板卡的GPMC接口原理图； 

图8为本发明中编程模型的模块初始化流程图； 

图9为本发明应用的GPMC读时序图； 

图10为本发明应用的GPMC写时序图； 

图11为本发明中编程模型的中断服务流程图； 

图12为本发明中编程模型的模块清除流程图。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。 

如图4所示，为本发明所涉及的数控系统硬件结构图，由OMAP3530主控板和SSB-III总线通信板卡构成。OMAP3530主控板包括以下模块：OMAP3530处理器、以太网接口、USB、GPMC、串口、FLASH、SD卡接口、SDRAM、LCD接口、VGA等；SSB-III总线通信板卡主要由FPGA芯片、GPMC、以太网接口等构成。两板之间通过GPMC接口进行通信。本发明所应用的现场总线为SSB-III(Synchronous Serial Bus-III，第三代同步串行总线)数控总线。严格以OMAP3530主控板的机械尺寸为标准，确定SSB-III总线通信板卡的整板大小、通孔位置、GPMC接口位置、电源接口位置等参数。 

如图5所示，为GPMC的工作原理图，GPMC全称为general-purpose memory controller，即通用存储控制器，是OMAP平台处理器特有的外设接口。它是一个16位的外部存储控制器，可以为NOR flash、NAND flash、pSRAM等传统存储器件提供读写接口。包括六个功能模块：(1)L3互连端口接口；(2)地址译码器、GPMC配置寄存器、片选配置寄存器；(3)访问引擎；(4)预取和写置入引擎；(5)纠错代码引擎；(6)外部存储器端口接口。 

如图6所示，为OMAP3530主控板GPMC模块的电路原理图，包括数据、地址、以及控制信号。完整的GPMC信号包括：GPMC_A[10:1]，GPMC_D[15:0]， GPMC_NCS[7:0]，GPMC_LK，GPMC_NADV_ALE，GPMC_NOE，GPMC_NWE，GPMC_NBE0_CLE，GPMC_NBE1，GPMC_NWP，GPMC_WAIT[3:0]。 

如图7所示，为本发明方法中应用于SSB-III总线通信板卡的GPMC接口原理图，接口信号与OMAP3530主控板的GPMC接口一一对应。实际实现中使用到的信号包括地址线GPMC_A[10:1]，数据线GPMC_D[15:0]，并且对控制信号做了精简，只用到nCE，nOE，nWE。 

为了能方便地配置并控制GPMC，需要对Linux内核源程序进行修改，具体包括：(1)导出GPMC时序配置函数，即在arch/arm/mach-omap2/gpmc.c中添加语句EXPORT_SYMBOL(gpmc_cs_set_timings)；(2)增加GPMC时钟频率导出函数，即在在arch/arm/mach-omap2/gpmc.c中添加show_gpmc_clk函数定义，并导出符号EXPORT_SYMBOL(show_gpmc_clk)；(3)增加GPMC时钟频率导出函数的声明，即在arch/arm/plat-omap/include/mach/gpmc.h中增加extern int show_gpmc_clk(int cs，const struct gpmc_timings*t)； 

编程模型采用Linux内核模块的编写方式，包括三部分：模块初始化，中断服务例程，模块清除处理，即init_module、isr_schedule、以及cleanup_module。 

模块初始化流程如图8所示，GPMC参数配置的关键步骤在这一流程中完成，图中加标注的若干步骤具体实施方法如下： 

[1]调用gpmc_save_config()，保存当前与GPMC配置相关的寄存器值； 

[2]查询是否存在已使能的片选，通过清除GPMC_CS_CONFIG7中的相应比特位，将该片选禁用； 

[3]调用my_gpmc_iit()，包含以下步骤： 

(1)配置CONTROL_PADCONF_GPMC_nCS3，使对应引脚工作在模式0； 

(2)配置CONTROL_PADCONF_GPMC_nCS7，使对应引脚工作在模式0； 

(3)配置CM_FCLKEN_PER和CM_ICLKEN_PER，使能GPIO的时钟绑定； 

(4)配置GPMC_SYSCONFIG，使GPMC工作在“smart idle mode”； 

(5)配置GPMC_CONFIG，使GPMC工作在限址模式(2Kbyte)； 

(6)为片选3申请地址空间，并对申请到的地址进行ioremap； 

(7)配置GPMC_CS_CONFIG1，使GPMC读写均工作在同步方式，devicesize＝16bit，devicetype＝NOR，地址/数据非复用； 

(8)调用gpmc_cs_set_timings()，时序参数根据图9，图10而定； 

[4]调用request_gpio_pins()，为复位，中断，GPMC时钟三个信号申请GPIO，并初始化； 

[5]调用mcb_reset()，在复位信号GPIO上给出50ms的低电平脉冲； 

[6]调用setup_ssb3_irq()，为中断引脚申请中断号，设置中断信号触发类型为下降沿触发，将中断号和中断函数进行绑定，使能中断； 

[7]关闭板卡，设置站点类型、从站个数、通信周期长度、从站地址等参数，使能板卡； 

[8]释放GPMC片选，恢复GPMC系统配置，释放GPIO，返回-1； 

中断服务函数流程如图11所示，包括禁止中断线、获取总线通信板卡的反馈数据并进行行规解析、获取主控板上位机命令并写回总线通信板卡、清除中断标志位、使能中断线。其中涉及到GPMC操作的步骤如下： 

[1]采用读函数_raw_readw()，分两次读取SSB-III总线通信板卡存储器某个值(假设地址偏移量为offset)的高、低16位，然后拼接成完整的数据，操作代码示意如下： 

high＝_raw_readw(gpmc_cs_base+offset+2)； 

low＝_raw_readw(gpmc_cs_base+offset)； 

data＝low+(high＜＜16)； 

[2]将数据按高低16位进行分解，然后调用写函数_raw_writew()，将数据写回SSB-III总线通信板卡(假设地址偏移量为offset)，操作代码示意如下： 

low＝(u16)data； 

high＝(u16)(data＞＞16)； 

_raw_writew(low，gpmc_cs_base+offset)； 

_raw_writew(high，gpmc_cs_base+offset+2)； 

模块清除处理流程如图12所示，包括清除总线控制板hal组件、关闭SSB-III总线控制板、释放中断线、释放GPMC片选、恢复GPMC初始系统配置、释放GPIO，每个步骤对应的函数调用如下： 

[1]hal_exit(comp_d)； 

[2]rt_release_rq(irq)； 

[3]gpmc_cs_free(MY_CS)； 

[4]gpmc_restore_config()； 

[5]gpio_free(gpio_rst)；gpio_free(gpio_int)； 

软件编写完毕之后，将其编译成可动态加载的内核模块。在操作系统命令行环境下使用模块插入、移除命令，可以对模块进行加载和卸载，下面给出具体的操作步骤： 

模块加载： 

[1]操作系统命令行下使用cd命令切换到模块所在目录 

[2]使用insmod命令加载模块，具体格式为“insmod模块名” 

模块卸载： 

[1]操作系统命令行下使用cd命令切换到模块所在目录 

[2]使用rmmod命令卸载模块，具体格式为“rmmod模块名”。 

Claims (5)

1.一种用于数控总线通讯板的数据读写装置，其特征在于，主控板通过主控板上的GPMC与总线通信板卡相连，上位机通过GPMC读写总线通信板卡上的存储器件，完成上位机命令的发送以及总线反馈数据的接收；所述总线通信板卡，通过总线通信板卡上的GPMC与主控板相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于数控总线通讯板的数据读写装置，其特征在于，所述所述主控板包括处理器、以太网接口、USB、GPMC、串口、FLASH、SD卡接口、SDRAM、LCD接口、VGA。

3.根据权利要求1所述的一种用于数控总线通讯板的数据读写装置，其特征在于，所述总线通信板卡包括FPGA芯片、GPMC、以太网接口。

4.根据权利要求1所述的一种用于数控总线通讯板的数据读写装置，其特征在于，所述上位机或主控板采用Linux操作系统，对Linux内核源码进行修改。

5.一种用于数控总线通讯板的数据读写方法，其特征在于，采用Linux内核模块的编程模型，包括以下步骤：

模块初始化，完成GPMC配置操作；

中断服务例程，完成GPMC读写操作；

模块清除处理，完成GPMC释放操作；

编译成可动态加载的内核模块；

对模块进行加载和卸载。

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