CN103677856A - VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法 - Google Patents

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刘连胜
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VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法，属于开关量输出模块驱动程序开发领域。针对背景技术提出的总线开关量输出功能模块在测试过程中需要驱动开发人员抽象出设备的数据结构，完成设备的创建及设备驱动程序的安装，过程比较复杂，给驱动开发人员带来了很多不便的问题。开关量输出功能模块运行在CPCI机箱中，应用程序运行在控制计算机上，通过CPCI总线实现对开关量输出功能模块的控制，开关量输出功能模块的驱动程序设计主要包括初始化设备，功能函数接口的实现及封装。在驱动开发的过程中，不涉及到传统开关量输出功能模块的设备数据结构的设计、设备创建及驱动安装，降低了驱动开发人员的开发难度。

Description

VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法
技术领域
本发明涉及一种VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法，属于开关量输出模块驱动程序开发领域。
背景技术
VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能模块作为自动测试系统中重要的测试模块，已广泛的应用于各个领域。传统的VxWorks操作系统下基于CPCI总线的开关量输出模块驱动程序开发是根据需要，实现相应的功能函数接口，并封装成标准的I/O接口（七个标准的I/O接口，例如open()，close()，read()等），注册到系统驱动列表中，挂接在I/O子系统下。在整个过程中，驱动开发人员需要抽象出设备的数据结构，完成设备的创建及设备驱动程序的安装，这个过程比较复杂，给驱动开发人员带来了很多不便。
发明内容
针对背景技术提出的总线开关量输出功能模块在测试过程中需要驱动开发人员抽象出设备的数据结构，完成设备的创建及设备驱动程序的安装，过程比较复杂，给驱动开发人员带来了很多不便的问题，根据对开关量输出功能模块的常见操作，本发明提出提出了VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法，以实现对开关量输出功能模块有效控制的同时，降低驱动开发人员的开发难度。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、初始化设备过程：用于获取基于CPCI总线的开关量输出功能模块的设备信息、设备内存映射及中断链接；
步骤二、功能函数的实现及封装
功能函数接口用来实现对开关量输出功能模块的具体操作，对于开关量输出功能模块的操作，主要有打开、关闭和读取功能；
开关量输出功能模块的主要控制过程，应用程序首先执行打开指定开关量输出模块板卡的操作，加载开关量输出模块的驱动程序，下一步调用开关量输出采集接口，应用程序传入开关量输出模块的板号和通道号，启用相应的开关量输出通道，采集开关量输出。32路开关量输出由2个16位寄存器控制；
开关量输出模块在系统上电后，完成板卡的内存映射，根据硬件设计人员提供的驱动硬件寄存器接口手册及各个驱动接口函数需完成的操作，来具体实现各个驱动接口函数；
步骤（1）、打开开关量输出板卡（开关量输出功能单元），见表1
加载开关量输出驱动程序，打开指定板号的开关量输出板，可以对开关量输出板进行后续操作；对开关量输出板的输出通道进行清零；
函数原型为STATUS IOOpen(int num)；
入口参数num是板号，1～N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值打开成功返回OK，失败返回非零负值故障码；
所述函数能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；
程序流程图如下图3所示：首先应用程序传递要打开的开关量输出板卡号，在函数体中判断板号是否正确，如果正确则将初始化函数执行后获得的开关量输出板卡内存映射基址值赋给一个全局变量，再对指定开关量输出板卡各通道清零，最后函数返回OK，如果板号参数不是用户允许的，则返回板号错误故障码。
步骤二（2）关闭开关量输出板，见表2
关闭指定板号的开关量输出板，卸载I/O驱动程序，完成后释放I/O板的硬件资源，不能再对I/O板进行除打开以外的其他操作；
函数原型为STATUS IOClose(int num)；
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值关闭成功返回OK，失败返回非零负值故障码；
所述函数能识别错误的板号输入，并返回相应的故障码；
程序实现流程如下图4所示：首先应用程序传递要关闭的指定开关量输出板卡号，在函数体中，判断传递的板号参数是否正确，如果正确，则将保存有内存基址的全局变量清零，函数返回OK，如果板卡号错误，则返回板号错误故障码。
步骤二（3）、开关量输出板写操作，见表3
指定的开关量输出板的板号，向指定一路的输出通道写1或0；
函数原型为STATUS IOWriteBit(int num,int chan,char data)
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
int chan为通道号，赋值0～M-1，M为开关量输出的输出通道数量；
char data用于写入数据，赋值0或1；
返回值写入成功返回OK，失败返回非零负值故障码
所述函数用于写入数据能进行回读操作；写入数据具有“锁存”功能；能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；能识别错误的偏移量，并返回对应的故障码；
程序流程如下图5所示：
首先应用程序传递开关量输出板卡号和通道号参数，在函数体中，先判断传递的板号是否是用户允许输入的板号，如果不是则返回板号错误故障码并退出函数，如果是，再进一步判断传递的通道号是否是用户允许输入的通道号，如果不是则返回通道号错误故障码并退出函数，如果是，向指定板号指定输出通道写入0或1然后回读对应的输出通道状态判断与输出是否一致，如果一致则记录输出动作写1或写0，否则返回错误值。
步骤（4）、开关量输出板自检，见表4
对指定的板号的开关量输出板进行自检；
函数原型为STATUS IOTest(int num)
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值自检成功返回OK，失败返回非零负值故障码；
所述函数能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；
程序流程如下图6所示：
应用程序传递板号参数，判断开关量输出板的板号是否正确，如不正确则返回板号错误故障码并退出函数，
如果正确则向指定开关量输出板的32路输出通道写1，然后读与输出通道对应的状态值，再判断输出值与状态值是否相等，如果相等则向指定的开关量输出板的32路输出通道写0，然后读与输出通道对应的状态值，再判断输出值与状态值是否相等，如相等返回OK，否则返回ERROR。
步骤二（5）、开关量输出板实时监测，见表5
对指定的板号的开关量输出板进行在位实时监测；
函数原型为STATUS IORTWatch(int num)
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值监测正常返回OK，失败返回非零负值故障码，
所述函数能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；程序流程如下图7所示：
首先应用程序传递指定数字量输入功能单元板号，在函数体中，判断传递的板号是否是用户允许的板号，如果是，下一步调用PciFindDevice()函数，判断PciFindDevice()函数的返回值是否为OK，如果是，则函数接口返回OK。如果上述判断出现否定，如果上述判断的过程出现否定，则退出函数返回相应错误故障码。
所述步骤一的具体实现过程如下：
步骤一（1）、获取基于CPCI总线的开关量输出功能模块的设备信息：
PCI设备上电后，BIOS配置PCI设备；目标机的BIOS在启动时会有一个界面列出找到的PCI设备及Vendor ID、Device ID、设备类型、分配的中断号信息；
初始化函数先根据设备Vendor ID和Device ID利用函数pciFindDevice()找到对应的设备，根据Vendor ID、Device ID和相同设备顺序号（一个系统中可能有相同的PCI设备）来扫描总线，找出设备所在的BUS No、Device No和Func No；然后根据总线号、设备号和功能号调用pciConfigInLong()及pciConfigInByte()函数确定设备的寄存器基地址以及中断号；再把基地址与I/O屏蔽位相与得到真正的板上内部寄存器基地址；
步骤一（2）、设备内存映射
用户使用VxWorks提供了标准的MMU（内存管理单元）分配PCI设备的内存空间，在明确基地址和内存空间大小后，调用函数sysMmuMapAdd()函数将内存空间配置到MMU；完成开关量输出功能模块的设备内存映射后，通过对设备内存的访问，实现对设备的控制；
步骤一（3）、中断链接
VxWorks操作系统中使用intConnect()链接中断服务程序（ISR），pciIntConncet()使多个外部中断共享一个中断向量；pciIntConncet()定义在pciIntLib.c中，使用时应包含头文件pciIntLib.h，中断矢量ventor过INUM_TO_IVEC换算获得；
在VxWorks系统下使用pciIntConnect()函数将中断和特定的C程序连接起来后，该函数将指定的C函数与指定的中断向量相联系，函数的地址将存储在这个中断向量中；当中断发生时，系统将调用这个特定的C程序函数，即中断服务程序。
本发明的有益效果是：本发明的目的是发明一种VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能模块的驱动程序设计及封装，根据开关量输出功能模块的特点，开发驱动实现对开关量输出功能模块的控制，同时提供一种新的开关量输出功能模块的驱动接口封装形式，面向应用程序直接定义驱动接口的形式，直接封装功能接口函数。这样在驱动开发的过程中，不涉及到传统开关量输出功能模块的设备数据结构的设计、设备创建及驱动安装，很大程度上降低了驱动开发人员的开发难度。
本发明的有益效果表现在以下几个方面：
1）、本方法提供的开关量输出功能模块驱动程序能够实现对功能模块的有效控制；
2）、本方法提供的开关量输出功能模块驱动程序直接面向用户应用程序提供通用的驱动函数接口；
3）、本方法提供的开关量输出功能模块驱动程序设计及封装大大降低驱动开发的难度；
4）、本方法提供的开关量输出功能模块驱动程序设计及封装具有独立性与通用性，可应用于其它设计。
附图说明
图1是开关量输出功能模块的整体架构图，图2是初始化函数流程图，图3打开开关量输出板流程图，图4是关闭开关量输出板流程图，图5是开关量输出板写操作流程图，图6是开关量输出板自检流程，图7是开关量输出板实时监测流程图。
具体实施方式
如图1至图7所示，本实施方式是对本发明所述的VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法进行详细描述：
开关量输出功能模块的整体架构如图1所示：
开关量输出功能模块运行在CPCI机箱中，控制计算机通过CPCI总线实现对开关量输出功能模块的读写控制。CPCI总线和开关量输出功能电路之间需要实现CPCI总线接口控制器，CPCI总线控制器采用PLX公司的PCI9054接口芯片实现，将CPCI总线转换到本地总线。PCI9054接口芯片完全兼容PCI2.2规范，且突发传输速率高，价格低，通用性好，可以有效降低开发难度。PCI9054本地总线端使用FPGA实现总线接口译码，同时，FPGA内部设计控制寄存器，实现对开关量输出功能电路的控制。开关量输出功能部分由32路驱动电路和继电器组成。FPGA的32路数字输出通过达林顿管驱动继电器，实现开关量的输出。
开关量输出功能模块驱动程序设计
开关量输出功能模块运行在CPCI机箱中，应用程序运行在控制计算机上，通过CPCI总线实现对开关量输出功能模块的控制，因此需要开发基于CPCI总线开关量输出功能模块的驱动程序。开关量输出功能模块的驱动程序设计主要包括初始化设备，功能函数接口的实现及封装。
步骤一、初始化设备
初始化设备作为CPCI设备驱动开发的重要环节，主要是为硬件分配系统资源，这里主要是获取基于CPCI总线的开关量输出功能模块的设备信息、设备内存映射及中断链接。
（1）、获取基于CPCI总线的开关量输出功能模块的设备信息
PCI设备上电后，BIOS会配置PCI设备。目标机的BIOS在启动时会有一个界面列出找到的PCI设备及Vendor ID、Device ID、设备类型、分配的中断号等信息。
初始化函数先根据设备Vendor ID和Device ID利用函数pciFindDevice()找到对应的设备，根据Vendor ID、Device ID和相同设备顺序号（一个系统中可能有相同的PCI设备）来扫描总线，找出设备所在的BUS No.（总线号）、Device No.（设备号）和Func No.（功能号）。然后根据总线号、设备号和功能号调用pciConfigInLong()及pciConfigInByte()函数确定设备的寄存器基地址以及中断号。再把基地址与I/O屏蔽位相与得到真正的板上内部寄存器基地址。初始化函数流程如下图2所示：
（2）、设备内存映射
VxWorks提供了标准的MMU（内存管理单元），用户可以使用MMU来分配PCI设备的内存空间。在明确基地址和内存空间大小后，调用函数sysMmuMapAdd()函数即可将内存空间配置到MMU。完成了开关量输出功能模块的设备内存映射后，可以通过对设备内存的访问，实现对设备的控制。
（3）、中断链接
VxWorks操作系统中使用intConnect()链接中断服务程序（ISR），但对于CPCI设备，一般采用pciIntConncet()挂接中断，它与intConnect()的主要不同在于intConnect()使用的中断向量是独占的，而pciIntConncet()则可使多个外部中断共享一个中断向量。pciIntConncet()定义在pciIntLib.c中，使用时应包含头文件pciIntLib.h。应注意ventor是中断矢量，需要通过INUMTOIVEC换算获得。__
在VxWorks系统下使用pciIntConnect()函数将中断和特定的C程序连接起来后，该函数将指定的C函数与指定的中断向量相联系，函数的地址将存储在这个中断向量中。当中断发生时，系统将调用这个特定的C程序函数，即中断服务程序。
步骤二、功能函数接口的实现及封装
功能函数接口的实现
功能函数接口用来实现对开关量输出功能模块的具体操作，对于开关量输出功能模块的操作，常见的主要有打开、关闭和读取等功能。
开关量输出功能模块的主要控制过程为，应用程序首先执行打开指定开关量输出模块板卡的操作，加载开关量输出模块的驱动程序，下一步调用开关量输出采集接口，应用程序传入开关量输出模块的板号和通道号，启用相应的开关量输出通道，采集开关量输出。32路开关量输出由2个16位寄存器控制。
开关量输出模块在系统上电后，完成板卡的内存映射，根据硬件设计人员提供的驱动硬件寄存器接口手册及各个驱动接口函数需完成的操作，来具体实现各个驱动接口函数。
（1）、打开开关量输出板卡，见表1；
表1打开开关量输出板卡
Figure BDA0000453798320000071
程序流程图如下图3所示：
（2）、关闭开关量输出板，见表2；
表2关闭开关量输出板
Figure BDA0000453798320000072
程序实现流程如下图4所示：
（3）、开关量输出板写操作，见表3；
表3开关量输出板写操作
Figure BDA0000453798320000073
Figure BDA0000453798320000081
程序流程如下图5所示：
（4）、开关量输出板自检，见表4；
表4开关量输出板自检
Figure BDA0000453798320000082
程序流程如下图6所示：
（5）、开关量输出板实时监测，见表5；
表5开关量输出板实时监测
Figure BDA0000453798320000083
程序流程如下图7所示。

Claims (2)

1.一种VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法，其特征在于，所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、初始化设备过程：用于获取基于CPCI总线的开关量输出功能模块的设备信息、设备内存映射及中断链接；
步骤二、功能函数的实现及封装
功能函数接口用来实现对开关量输出功能模块的具体操作，对于开关量输出功能模块的操作，主要有打开、关闭和读取功能；
开关量输出功能模块的主要控制过程，应用程序首先执行打开指定开关量输出模块板卡的操作，加载开关量输出模块的驱动程序，下一步调用开关量输出采集接口，应用程序传入开关量输出模块的板号和通道号，启用相应的开关量输出通道，采集开关量输出；32路开关量输出由2个16位寄存器控制；
开关量输出模块在系统上电后，完成板卡的内存映射，根据硬件设计人员提供的驱动硬件寄存器接口手册及各个驱动接口函数需完成的操作，来具体实现各个驱动接口函数；
步骤（1）、打开开关量输出板卡，
加载开关量输出驱动程序，打开指定板号的开关量输出板，可以对开关量输出板进行后续操作；对开关量输出板的输出通道进行清零；
函数原型为STATUS IOOpen(int num)；
入口参数num是板号，1～N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值打开成功返回OK，失败返回非零负值故障码；
所述函数能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；
首先应用程序传递要打开的开关量输出板卡号，在函数体中判断板号是否正确，如果正确则将初始化函数执行后获得的开关量输出板卡内存映射基址值赋给一个全局变量，再对指定开关量输出板卡各通道清零，最后函数返回OK，如果板号参数不是用户允许的，则返回板号错误故障码；
步骤二（2）关闭开关量输出板，
关闭指定板号的开关量输出板，卸载I/O驱动程序，完成后释放I/O板的硬件资源，不能再对I/O板进行除打开以外的其他操作；
函数原型为STATUS IOClose(int num)；
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值关闭成功返回OK，失败返回非零负值故障码；
所述函数能识别错误的板号输入，并返回相应的故障码；
首先应用程序传递要关闭的指定开关量输出板卡号，在函数体中，判断传递的板号参数是否正确，如果正确，则将保存有内存基址的全局变量清零，函数返回OK，如果板卡号错误，则返回板号错误故障码；
步骤二（3）、开关量输出板写操作，
指定的开关量输出板的板号，向指定一路的输出通道写1或0；
函数原型为STATUS IOWriteBit(int num,int chan,char data)
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
int chan为通道号，赋值0～M-1，M为开关量输出的输出通道数量；
char data用于写入数据，赋值0或1；
返回值写入成功返回OK，失败返回非零负值故障码
所述函数用于写入数据能进行回读操作；写入数据具有“锁存”功能；能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；能识别错误的偏移量，并返回对应的故障码；
首先应用程序传递开关量输出板卡号和通道号参数，在函数体中，先判断传递的板号是否是用户允许输入的板号，如果不是则返回板号错误故障码并退出函数，如果是，再进一步判断传递的通道号是否是用户允许输入的通道号，如果不是则返回通道号错误故障码并退出函数，如果是，向指定板号指定输出通道写入0或1然后回读对应的输出通道状态判断与输出是否一致，如果一致则记录输出动作写1或写0，否则返回错误值；
步骤（4）、开关量输出板自检，
对指定的板号的开关量输出板进行自检；
函数原型为STATUS IOTest(int num)
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值自检成功返回OK，失败返回非零负值故障码；
所述函数能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；
应用程序传递板号参数，判断开关量输出板的板号是否正确，如不正确则返回板号错误故障码并退出函数，如果正确则向指定开关量输出板的32路输出通道写1，然后读与输出通道对应的状态值，再判断输出值与状态值是否相等，如果相等则向指定的开关量输出板的32路输出通道写0，然后读与输出通道对应的状态值，再判断输出值与状态值是否相等，如相等返回OK，否则返回ERROR；
步骤二（5）、开关量输出板实时监测，
对指定的板号的开关量输出板进行在位实时监测；
函数原型为STATUS IORTWatch(int num)
入口参数num是板号，范围是1～N，N为控制计算机的开关量输出板数量；
返回值监测正常返回OK，失败返回非零负值故障码，
所述函数能识别错误的板号输入，并返回对应的故障码；
首先应用程序传递指定数字量输入功能单元板号，在函数体中，判断传递的板号是否是用户允许的板号，如果是，下一步调用PciFindDevice()函数，判断PciFindDevice()函数的返回值是否为OK，如果是，则函数接口返回OK；如果上述判断出现否定，如果上述判断的过程出现否定，则退出函数返回相应错误故障码。
2.根据权利要求1所述的一种VxWorks操作系统下CPCI总线开关量输出功能单元驱动程序设计方法，其特征在于，所述步骤一的具体实现过程如下：
步骤一（1）、获取基于CPCI总线的开关量输出功能模块的设备信息：
PCI设备上电后，BIOS配置PCI设备；目标机的BIOS在启动时会有一个界面列出找到的PCI设备及Vendor ID、Device ID、设备类型、分配的中断号信息；
初始化函数先根据设备Vendor ID和Device ID利用函数pciFindDevice()找到对应的设备，根据Vendor ID、Device ID和相同设备顺序号来扫描总线，找出设备所在的BUSNo、Device No和Func No；然后根据总线号、设备号和功能号调用pciConfigInLong()及pciConfigInByte()函数确定设备的寄存器基地址以及中断号；再把基地址与I/O屏蔽位相与得到真正的板上内部寄存器基地址；
步骤一（2）、设备内存映射
用户使用VxWorks提供了标准的MMU分配PCI设备的内存空间，在明确基地址和内存空间大小后，调用函数sysMmuMapAdd()函数将内存空间配置到MMU；完成开关量输出功能模块的设备内存映射后，通过对设备内存的访问，实现对设备的控制；
步骤一（3）、中断链接
VxWorks操作系统中使用intConnect()链接中断服务程序，pciIntConncet()使多个外部中断共享一个中断向量；pciIntConncet()定义在pciIntLib.c中，使用时应包含头文件pciIntLib.h，中断矢量ventor过INUM_TO_IVEC换算获得；
在VxWorks系统下使用pciIntConnect()函数将中断和特定的C程序连接起来后，该函数将指定的C函数与指定的中断向量相联系，函数的地址将存储在这个中断向量中；当中断发生时，系统将调用这个特定的C程序函数，即中断服务程序。
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