基于FPGA嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)

基于FPGA嵌入式系統(tǒng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)摘要：基于FPGA嵌入式系統(tǒng)，在PowerPC架構(gòu)的Linux2.6操作系統(tǒng)環(huán)境下，對通用輸入輸出接口(GPIO)控制器的驅(qū)動(dòng)，采用平臺(tái)設(shè)備機(jī)制進(jìn)行中斷控制管理。通過該管理機(jī)制，將GPIO設(shè)備本身的資源注冊進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理。在參照Linux2.6內(nèi)核源碼有關(guān)平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，編寫和測試了GPIO設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序已在Xilinx公司FPGA開發(fā)板ML403上驗(yàn)證，并且穩(wěn)定運(yùn)行。從Linux2.6起引入了平臺(tái)設(shè)備機(jī)制，即platformdevicedriver機(jī)制，Linux中大部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)都可以使用這套機(jī)制[1]。和傳統(tǒng)的devicedriver機(jī)制(通過driverregister函數(shù)進(jìn)行注冊)相比，十分明顯的優(yōu)勢在于platform機(jī)制將設(shè)備本身的資源注冊進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理，在驅(qū)動(dòng)程序中使用這些資源時(shí)通過platformdevice提供的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行申請并使用[2]。這樣提高了驅(qū)動(dòng)和資源管理的獨(dú)立性，并且擁有較好的可移植性和安全性。文中討論的GPIO設(shè)備具有雙重身份：平臺(tái)設(shè)備與混雜設(shè)備(miscdevice)。平臺(tái)設(shè)備意味著GPIO控制器設(shè)備是屬于平臺(tái)的獨(dú)立模塊；混雜設(shè)備(即主設(shè)備號為10)是一種特殊的字符型設(shè)備，描述了GPIO控制器的訪問方式是順序的[1]。1Linux中平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)流程ML403開發(fā)板采用vertex-4系列FPGA，集成了PowerPC405硬核，帶有內(nèi)核管理單元（MMU），因此可以在該開發(fā)板上運(yùn)行Linux2.6操作系統(tǒng)。在嵌入式Linux2.6操作系統(tǒng)中，通過Platform機(jī)制，對外設(shè)進(jìn)行管理。開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的流程如圖1所示：1.1定義platform_device在Linux2.6內(nèi)核中platform設(shè)備用結(jié)構(gòu)體platform_device來描述，該結(jié)構(gòu)體定義在kernel\include\linux\platform_device.h中：

structplatform_device{

constchar*name;//平臺(tái)設(shè)備的設(shè)備名

u32id;//平臺(tái)設(shè)備的設(shè)備ID

structdevicedev;//設(shè)備結(jié)構(gòu)體

u32num_resources;//平臺(tái)設(shè)備使用的各類資源數(shù)

量

structresource*resource;//資源

};該結(jié)構(gòu)一個(gè)重要的元素是resource，它存入了最為重要的設(shè)備資源信息。在嵌入式開發(fā)工具EDK中生成BSP(板級支持包)的時(shí)候有一個(gè)設(shè)備參數(shù)頭文件xparameter.h，里面定義了相關(guān)設(shè)備的設(shè)備數(shù)量、地址資源、中斷資源和時(shí)鐘資源等。在添加平臺(tái)設(shè)備信息的時(shí)候需要用到該頭文件中定義的地址信息和中斷信息，Xilinx公司的Virtex-4平臺(tái)設(shè)備是kernel/arch/ppc/syslib/virtex_devices.c中定義的，在編寫驅(qū)動(dòng)之前，需要在該文件中添加有關(guān)GPIO控制器的設(shè)備定義：

/*

*ML300/ML403GpioDevice:shortcutmacroforsingleinstance

*/

#defineXPAR_GPIO(num){\

.name="xilinx_gpio",\

.id=num,\

.dev.platform_data=XPAR_GPIO_##num##

_IS_DUAL,\

.num_resources=2,\

.resource=(structresource[]){\

{\

.start=XPAR_GPIO_##num##_B

ASEADDR,\.end=XPAR_GPIO_##num##_HI

GHADDR,\

.flags=IORESOURCE_MEM,\

},\

{\

.start=XPAR_INTC_0_GPIO_##n

um##_VEC_ID,\

.flags=IORESOURCE_IRQ,\

},\

},\

}

/*GPIOinstances*/

#ifdefined(XPAR_GPIO_0_BASEADDR)

XPAR_GPIO(0),

#endif

#ifdefined(XPAR_GPIO_1_BASEADDR)

XPAR_GPIO(1),

#endif

#ifdefined(XPAR_GPIO_2_BASEADDR)

XPAR_GPIO(2),

#endif上述的代碼定義了GPIO設(shè)備名稱——xilinx_gpio，XPAR_GPIO平臺(tái)設(shè)備結(jié)構(gòu)中name元素和設(shè)備驅(qū)動(dòng)的platform_driver結(jié)構(gòu)體中的必須是相同的。這是因?yàn)樵谄脚_(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)注冊時(shí)會(huì)對所有已注冊的platform_device中的name和當(dāng)前注冊的platform_driver的進(jìn)行比較，使得platfrom_device和platform_driver建立關(guān)聯(lián)，只有找到相同的名稱的platfomr_device才能注冊成功。在平臺(tái)設(shè)備的描述中GPIO設(shè)備定義了2個(gè)資源，一個(gè)是I/O空間資源，描述了GPIO控制器設(shè)備所占用的總線地址范圍，IORESOURCE_MEM表示第1組描述的是內(nèi)存類型的資源信息；另一個(gè)是中斷資源，描述了設(shè)備的中斷號，IORESOURCE_IRQ表示第2組描述的是中斷資源信息，設(shè)備驅(qū)動(dòng)會(huì)根據(jù)類型來獲取相應(yīng)的資源信息。本文共用到三個(gè)GPIO設(shè)備XPAR_GPIO(0)，XPAR_GPIO(1)，XPAR_GPIO(2)。1.2注冊platform_devicevirtex_devices.c中的platform_device是在系統(tǒng)啟