VxWorks下網(wǎng)卡驅(qū)動程序的開發(fā)

1、VxWorks下網(wǎng)卡驅(qū)動程序的開發(fā)摘要：本文首先從整體上分析VxWorks 網(wǎng)卡驅(qū)動程序的原理和結(jié)構(gòu)，然后深入地分析Rtl8139C網(wǎng)卡驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)，本文對于VxWorks下的同類開發(fā)也有一定參考作用。關(guān)鍵詞：網(wǎng)卡驅(qū)動程序；VxWorks；嵌入式系統(tǒng)；Tornado1引言 VxWorks是當(dāng)前應(yīng)用十分廣泛的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)，而網(wǎng)卡在基于VxWorks的開發(fā)中有著極其重要的作用。Tornado 是VxWorks的開發(fā)工具，它本身支持的網(wǎng)卡不多。本文涉及到的網(wǎng)卡是Realtek 公司的8139C PCI網(wǎng)卡，相關(guān)的硬件資料有：RTL8139C(L) data sheet 和 Rtl81

2、39 Programming Guide 。需要實(shí)現(xiàn)的是RTL8139C END driver 。2 VxWorks簡介 VxWorks是由WRS(Wind River System Inc.)公司開發(fā)的一套具有微內(nèi)核、高性能、可伸縮的實(shí)時操作系統(tǒng)，支持廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，并能夠根據(jù)用戶的需求進(jìn)行組合。其開放式的結(jié)構(gòu)和對工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持使開發(fā)者只需做最少的工作即可設(shè)計出有效的適合于不同用戶要求的系統(tǒng)。 VxWorks是一種功能強(qiáng)大而且比較復(fù)雜的操作系統(tǒng)，VxWorks只占用了很小的存儲空間，并可高度裁減，保證了系統(tǒng)能以較高的效率運(yùn)行。所以僅僅依靠人工編程調(diào)試，很難發(fā)揮它的功能并設(shè)計出可靠、高效的

3、嵌入式系統(tǒng)，必須要有與之相適應(yīng)的開發(fā)工具。TornadoII是為開發(fā)VxWorks應(yīng)用系統(tǒng)提供的集成開發(fā)環(huán)境。 VxWorks的優(yōu)秀特性為編寫應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動程序提供了極大的便利。在VxWorks下，設(shè)備驅(qū)動程序既可以嵌入到內(nèi)核中隨系統(tǒng)一起啟動，也可以作為可加載模塊在系統(tǒng)啟動之后運(yùn)行。網(wǎng)卡驅(qū)動程序一般采用前一種方式。3 VxWorks的網(wǎng)絡(luò)模型 網(wǎng)卡在VxWorks開發(fā)中是極其重要的。在開發(fā)機(jī)-目標(biāo)機(jī)模式中，通過網(wǎng)線進(jìn)行下載調(diào)試是Tornado調(diào)試器最常用最方便的方式。VxWorks的優(yōu)秀的實(shí)時性能使其在網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中具有極廣泛的應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器的軟件系統(tǒng)等。 網(wǎng)卡驅(qū)動程序在整個Vx

4、Works網(wǎng)絡(luò)接口中的角色可以從下圖中看出。 整個網(wǎng)絡(luò)接口呈層次結(jié)構(gòu)，用戶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通過socket接口調(diào)用TCP/IP協(xié)議層系列軟件，網(wǎng)卡驅(qū)動程序則為協(xié)議軟件提供對網(wǎng)卡的訪問。VxWorks也為網(wǎng)卡驅(qū)動程序進(jìn)行了分層，其中老式的BSD4.3驅(qū)動程序的功能，現(xiàn)在可以由協(xié)議層驅(qū)動、MUX層和END驅(qū)動實(shí)現(xiàn)。而且，工作于BSD的以太網(wǎng)網(wǎng)卡不支持系統(tǒng)級調(diào)試，而工作于END的網(wǎng)卡同時支持任務(wù)級調(diào)試和系統(tǒng)級調(diào)試。很顯然，網(wǎng)卡驅(qū)動程序的層次結(jié)構(gòu)使網(wǎng)卡驅(qū)動程序的實(shí)現(xiàn)和移植更加方便。而且，VxWorks 為編寫網(wǎng)卡增強(qiáng)型驅(qū)動程序（Enhanced Network Drivers）提供了很好的接口和規(guī)范。4

5、Rtl8139C END驅(qū)動程序4.1 PCI局部總線 本文涉及到的網(wǎng)卡是Realtek 公司的8139C PCI網(wǎng)卡，作為一個PCI設(shè)備，在設(shè)備的初始化階段，它和一般的PCI設(shè)備沒有什么不同。 每一個PCI局部總線目標(biāo)設(shè)備都由一個配置寄存器空間，它使目標(biāo)設(shè)備的配置十分簡便。配置空間是一個容量為256字節(jié)并具有特定記錄結(jié)構(gòu)或模型的地址空間。該空間有分為頭標(biāo)區(qū)和設(shè)備有關(guān)區(qū)兩部分。設(shè)備在每個區(qū)中只實(shí)現(xiàn)必要的和與之相配的寄存器。一個設(shè)備的配置空間不僅在系統(tǒng)自舉時可以訪問，而且在其他時間內(nèi)也是可以訪問的。4.2數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu) VxWorks MUX層的數(shù)據(jù)包采用的是mBlkclBlk-cluster 結(jié)構(gòu)

6、，如圖。發(fā)送時，網(wǎng)卡發(fā)送模塊處理的是這樣的結(jié)構(gòu)；接收數(shù)據(jù)時，網(wǎng)卡還得將數(shù)據(jù)通過這樣的結(jié)構(gòu)傳遞給上層協(xié)議。不過，這一切Vxworks 都有相應(yīng)的規(guī)范和函數(shù)。另外，mBlk和clBlk可以由netpool 結(jié)構(gòu)管理，VxWorks 提供一系列接口函數(shù)。圖2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)4.3驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)以及流程1、網(wǎng)卡的探測以及入口 VxWorks BSP在syslib.c中探測并初始化系統(tǒng)中的PCI設(shè)備，檢測設(shè)備的I/O映射地址，內(nèi)存映射地址以及中斷向量和級別，這些硬件參數(shù)對于主芯片的讀寫和連接中斷起到至關(guān)重要的作用。因此，在這里加入8139C 網(wǎng)卡的探測模塊。然后將探測到的參數(shù)傳遞給驅(qū)動程序入口函數(shù)。網(wǎng)卡

7、的探測模塊為sysRtl8139PciInit模塊，利用的是RTL8139C的廠商標(biāo)識和設(shè)備標(biāo)識，在所有的PCI設(shè)備中判斷有幾塊這樣的網(wǎng)卡，得到它們的功能號，總線號和設(shè)備號，然后配置它的PCI配置空間，將網(wǎng)卡寄存器映射。最后得到網(wǎng)卡I/O映射基地址和Mem基地址以及中斷向量和級別。2、入口函數(shù) END driver與系統(tǒng)的接口是MUX層，BSP對于網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動是通過MuxDevLoad()對endDevTbl(configNet.h中)的處理來實(shí)現(xiàn)的。因此，可以將一個自定義的入口函數(shù)加到endDevTbl，這樣就可以使驅(qū)動程序在合適的時間對設(shè)備進(jìn)行初始化。 驅(qū)動程序的入口分為兩個步驟，他們分

8、別是sysRtl8139EndLoad模塊和Rtl8139EndLoad模塊。sysRtl8139EndLoad獲得sysRtl8139PciInit 探測到網(wǎng)卡硬件參數(shù)，并且兩次調(diào)用Rtl8139EndLoad模塊。Rtl8139EndLoad模塊第一次被調(diào)用時只是為了返回設(shè)備名稱。 在Rtl8139EndLoad入口函數(shù)中，解析參數(shù)，為網(wǎng)卡的DMA工作方式分配一定大小的空間，寫寄存器，準(zhǔn)備工作。這之后，網(wǎng)卡的開始工作和停止，以及其他設(shè)置完全由MUX 層管理，驅(qū)程只需要將一系列模塊的指針傳遞給它。這些模塊按照MUX 層的要求是一個 NET_FUNCS 結(jié)構(gòu)，如下所示。LOCAL NET_FU

9、NCS rtlFuncTable = (FUNCPTR)rtl8139Start, /* start func. */(FUNCPTR)rtl8139Stop, /* stop func. */(FUNCPTR)rtl8139Unload, /* unload func. */(FUNCPTR)rtl8139Ioctl, /* ioctl func. */ (FUNCPTR)rtl8139Send, /* send func. */ (FUNCPTR)rtl8139MCastAddrAdd,/* multicast add func. */(FUNCPTR)rtl8139MCastAddrDe

10、l,/* multicast delete func. */ (FUNCPTR)rtl8139MCastAddrGet,/* multicast get fun. */ (FUNCPTR)rtl8139PollSend, /* polling send func. */ (FUNCPTR)rtl8139PollReceive, /* polling receive func. */ endEtherAddressForm, /* put address info into a NET_BUFFER */endEtherPacketDataGet, /* get pointer to data

11、in NET_BUFFER */endEtherPacketAddrGet,/*Get packet addresses. */; Rtl8139EndLoad 模塊是rtl8139.c中唯一的外部函數(shù)，當(dāng)程序流程到達(dá)這里的時候，已經(jīng)可以對網(wǎng)卡寄存器讀寫，程序完全是對寄存器進(jìn)行設(shè)置。在這個模塊中，首先判斷函數(shù)參數(shù)，因?yàn)樗徽{(diào)用兩次。當(dāng)確定是第二次調(diào)用時，首先為驅(qū)動程序分配一個結(jié)構(gòu)RTL8139END_DEVICE，用以存儲共享參數(shù)。然后解析函數(shù)參數(shù)，依據(jù)這些參數(shù)配置RTL8139END_DEVICE。接著，調(diào)用rtl8139InitMem模塊，為網(wǎng)卡分配所需要的內(nèi)存，將這些參數(shù)寫進(jìn)RTL813

12、9END_DEVICE。這樣，網(wǎng)卡所需的資源齊全了。用上層協(xié)議提供的函數(shù)END_OBJ_INIT和END_MIB_INIT，將RTL8139END_DEVICE 和驅(qū)動程序模塊傳遞給上層協(xié)議。需要為網(wǎng)卡分配的內(nèi)存包括：接收區(qū)，發(fā)送區(qū)，cluster區(qū)，mBlk,clBlk和管理它們的netpool。這些都是在Rtl8139InitMem模塊中完成。3、網(wǎng)卡的啟動和關(guān)閉 網(wǎng)卡要開始工作，還得依賴MUX層調(diào)用rtl8139Start模塊，該模塊將中斷向量和處理函數(shù)連接在一起。然后調(diào)用硬件初始化rtl8139HwStart模塊，在這個模塊中，設(shè)置接收地址寄存器，使其能管理接受區(qū)，寫設(shè)置寄存器，設(shè)置網(wǎng)

13、卡的工作方式，寫中斷屏蔽寄存器，確定處理哪些中斷。最后，寫命令寄存器，使接受和發(fā)送位有效。程序到此，就能產(chǎn)生中斷，并進(jìn)行處理。當(dāng)系統(tǒng)要退出或者其他原因時，就得關(guān)閉網(wǎng)卡。系統(tǒng)是調(diào)用通過MUX層中的rtl8139Stop模塊完成。4、中斷處理程序 RTL8139C 有一個中斷狀態(tài)寄存器和一個中斷屏蔽寄存器，它們對應(yīng)位意義相同。中斷狀態(tài)寄存器反映了網(wǎng)卡能產(chǎn)生的幾種中斷。一旦有中斷發(fā)生，中斷處理函數(shù)首先屏蔽中斷，再分析中斷狀態(tài)寄存器，調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù) 只要中斷發(fā)生，系統(tǒng)調(diào)用中斷處理函數(shù)。中斷處理函數(shù)的主要功能是分析中斷狀態(tài)寄存器，進(jìn)行相應(yīng)的處理。依據(jù)RTL8139 Programming Guide

14、 中的說明，若是發(fā)送中斷，無論成功與否，調(diào)用發(fā)送處理函數(shù)，若是接收中斷，開辟新的接受任務(wù)，這么做是因?yàn)橹袛嗵幚砗瘮?shù)運(yùn)行在系統(tǒng)級，而接收處理較復(fù)雜耗時，所以采用系統(tǒng)函數(shù)netJobAdd開辟新的任務(wù)。而簡單的處理就直接在中斷處理函數(shù)中完成，包括發(fā)送完后產(chǎn)生的中斷。 由于，處理函數(shù)在執(zhí)行的過程中，新的中斷可能出現(xiàn)，而此時中斷已屏蔽，但各自的狀態(tài)位依然變化。因此，在中斷處理函數(shù)中采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，直到中斷狀態(tài)寄存器表明在處理過程中沒有新的中斷發(fā)生。5、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送 接收數(shù)據(jù)時，從相應(yīng)的寄存器取出當(dāng)前數(shù)據(jù)包的地址，首先分析數(shù)據(jù)包頭部，包括數(shù)據(jù)包的接收狀態(tài)和大小。如果是錯誤的狀態(tài)，就使命令寄存器中的接收能

15、位失效，再使其有效，這可看作接收重啟，再重新設(shè)置與接收相關(guān)的寄存器。如果接收的數(shù)據(jù)包正常，接收處理函數(shù)就得按照數(shù)據(jù)包的大小將數(shù)據(jù)包拷貝到cluster 區(qū)（Rtl8139InitMem 模塊中分配），用mBlk-clBlk-cluster結(jié)構(gòu)傳遞給上層協(xié)議，并刷新寄存器使其指向下一個數(shù)據(jù)包。然后，讀命令寄存器，判斷是否接收完畢，否則循環(huán)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，由于Rtl8139采用四個描述符寄存器和四個狀態(tài)寄存器。所以在使用它們前首先判斷是否有空閑的寄存器，如果沒有，就得等待一段時間。在這段時間里，如果有寄存器空閑出來，就開始發(fā)送數(shù)據(jù)，否則退出。發(fā)送時，只要將上層協(xié)議傳遞過來的mBlk-clBlk-cluster中的cluster數(shù)據(jù)拷貝到發(fā)送區(qū)，寫描述符寄存器就可。而記錄每個描述符寄存器使用情況，就使用RTL8139END_DEVICE 結(jié)構(gòu)中的一個數(shù)組。如果發(fā)送完畢，無論成功與否，都得讓描述符空閑出來。5結(jié)束語 本文具體的分析了Rtl8139C網(wǎng)卡驅(qū)動程序在VxWorks操作系統(tǒng)下的實(shí)現(xiàn)。在分析過程中，更多側(cè)重PCI網(wǎng)卡END驅(qū)動程序在VxWorks下實(shí)現(xiàn)的共性，包括必需的配置和步驟，比如PCI設(shè)備的相關(guān)工作以及VxWorks下MUX層的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)