如何利用VxWorks操作系统实现PC/104-CAN适配卡的驱动系统设计

　　1 PC/104-CAN适配卡的硬件结构
　　PC/104-CAN适配卡主要由CAN控制器（SJA1000）、光电隔离（6N137），收发驱动器（82C250）及译码电路组成。编程主要了解的是控制器SJA1000。CAN适配卡原理如图1所示。
　　
　　2 CAN地址译码和中断选择
　　00～FFH SJA1000的寄存器；
　　100H～1FFH 对该范围内的任意地址进行写操作，均可导致CAN硬件复位。
　　SJA1000的INT引脚通过跳线选择IRQ3～7、IRQ9～12或IRQ15中的一个，避免与其它的适配卡冲突。
　　3 PC/104-CAN适配卡驱动实现
　　3.1 VxWorks驱动概述
　　VxWorks操作系统有两种方式实现驱动。第一种方式是，把设备驱动程序作为独立任务实现，直接在顶层任务中实现硬件操作，完成特有专用的驱动程序。第二种方式是，VxWorks的I/O系统将设备程序作为内核过程实现。这种方式便于实现I/O子系统的层次模型，便于文件系统一起把设备作为特殊文件处理，提供统一的管理、统一的界面和统一的使用方法，并把设备、文件及网络通信组织成为一致的更高层次的抽象，为用户提供统一的系统服务和用户接口。我们和这种驱动方式。
　　
　　作为I/O系统和硬件设备之间的连接层，VxWorks驱动就是屏蔽硬件操作，为I/O系统提供服务。实现一个完整的驱动，必须了解VxWorks下I /O的三个基本元素：File、Driver和Dervice。File是为用户提供访问设备的统一接口；Driver是实现具体的基本控制函数，也就是实现I/O系统所需要的接口；而Device则是一个抽象的硬件设备，是一系列的结构体、变量和宏定义对实际物理设备的定义。一般而言，实现一个驱动应该有三个基本的步骤：①用编程语言完成对实际物理设备的抽象；②完成系统所需要的各类接口及自身的特殊接口；③将驱动集成到操作系统中。之后还有一些调试工作。
　　3.2 VxWorks I/O系统驱动程序框架
　　VxWorks为各种设备（包括字符设备、块设备、虚拟设备及网络设备）提供统一的访问接口，包括七种基本的I/O函数：open（filename、flags、mode），create（filename、flags），read（fd、&buf、 nBytes），write（fd、&buf、nBytes），ioctl（fd、command、arg），close（fd）及 remove（filename）。I/O系统所起的作用就是，把用户请求分配到与设备对应的驱动例程中去。VxWorks系统中有一个驱动程序列表，其形式如表1所列。
　　表1 设备驱动列表（调试时可利用iosDrvShow（）查看）
　　
　　I/O系统的可动态调用iosDrvInstall（）函数将设备的驱动例程（即XXOpen（）、XXClose（）、XXRead（）等）加入到设备驱动列表中，如图2所示。
　　同样，系统中有一个设备列表，每个设备对应于设备列表中的一项，每一项包括设备名称和设备驱动号，同时包括一个设备描述的结构。该结构第一个变量是DEV_HDR类型的变量DEV_HDR。
　　DEV_HDR的定义如下：
　　Typedef struct
　　{
　　DL_NODE node； /*设备列表节点*/
　　short drvNum; /*驱动号码*/
　　char *name; /*设备名*/
　　}DEV_HDR；
　　系统调用iosDevAdd（），可以将设备加入到设备列表中。系统中将驱动和设备联系起来的就是文件描述符列表，每个文件描述符列表除了包括驱动号、设备ID外，还包括文件名、可用标志和指向DEV_HDR的指针。系统每次成功执行open（），返回一个文件描述符，这样对于设备的 read（）、write（）及ioctl（）就可以通过文件描述符进行。
　　文件描述符表（调试时调用iosFdShow（）查看）如下：
　　
　　I/O系统的整体结构如图3所示。系统启动时（一般挂接在usrroot（）），XXDrv（）和XXDevCreade（）便将设备及其驱动加入相应的列表中。
　　3.3 设备驱动程序的访问过程
　　下面以CAN驱动程序为例，说明驱动程序的访问过程。（假定设备名“/can/1”并且以CAN设备驱动程序为例，上述中的XX在这里用Can代替。）
　　①fd=open（“/can/1”，O_RDWR，0644）
　　②I/O系统在设备列表中寻找设备名为/can/1的设备项，找到相应的设备驱动号。
　　③I/O系统在文件描述符中保留一个文件描述符空间。
　　④I/O系统在设备驱动列表中找到对应的CanOpen（CAN_DEV*PCAN_DEV，UBYTE*remainder，int flags），该驱动例程返回设备描述符的指针。
　　⑤I/O系统将设备描述符的指针存储在文件描述符列表的Device ID，同时将对应的设备驱动号存储在文件描述符的Driver num项。最后I/O系统返回该描述符项的索引（即为fd）。
　　⑥这样应用程序中的read（）和write（）等函数调用就可以根据fd找到相应的设备驱动号，进而找到相应的驱动例程。
　　4 CAN驱动程序的实现
　　CAN驱动程序的实现即是完成下面七个函数的编写。下面简要介绍其完成的功能，并用伪指令进行说明。
　　int drv_num; ;/*驱动号码*/
　　typedef struct {
　　DEV_HDR pCANHDR; /*这个数据结构必须放在设备描述符的最初部分*/
　　/*其余与驱动有关数据*/
　　}CAN_DEV； /*CAN设备描述符*/
　　CAN_DEV can_chan_dev；
　　STATUS CanDrv（void）{
　　完成驱动的一些初始化；
　　intconnect（）; /*连接所选的IRQ与中断处理函数*/
　　sysIntEnablePIC（）; /*486DX允许中断*/
　　drv_num=iosDrvInstall（CanOpen，NULL，CanOpen，CanClose，CanRead，CanWrite，CanIoctl）；/*将设备驱动例程装入设备列表中*/
　　}
　　/*iosDrvInstall（）将设备的CAN驱动例程加入设备驱动列表中，7个参数为7个驱动例程的进入点（entry point），如果没有某个例程，则传递NULL。*/
　　STATUS CanDevCreate（）{
　　完成一些设备初始化
　　iosDevAdd （&Can_chan_dev.pCANHDR，“can0”，drv_num）；/*将设备放入设备驱动列表中*/
　　}
　　int CanOpen（CAN_DEV *pCan_Dev，UBYTE *remainder，int flags）{
　　CAN卡硬件复位
　　CAN卡关中断
　　CAN卡进入软件复位模式
　　设置CAN卡工作寄存器，如接收码寄存器和屏蔽码寄存器等
　　CAN卡开中断和进入操作模式
　　Return（（int）pCan_Dev）; /*注意必须返回设备描述结构指针*/
　　}
　　int CanRead（int CAN_DEV_ID，UBYTE * buf，int nBytes）{
　　等待信号量（该信号量由中断处理例程释放）
　　从接收缓冲区读取数据
　　释放接收缓冲
　　返回接收数据数量
　　}
　　int CanWrite（int CAN_DEV_ID，UBYTE* buf，int nbyte）{
　　查询发送缓冲是否可用
　　向发送缓冲区写数据
　　命令发送
　　查询发送完成标志
　　返回发送数据数量
　　}
　　void interrupt_handle_routin（int arg）{
　　处理中断事件
　　发送（释放）信号量
　　}
　　限于篇幅，其它函数略。
　　
　　5 CAN驱动调试
　　硬件驱动的调试是件十分麻烦的事，经验十分重要。这里简要介绍几个帮助调试的函数。
　　①可以调用iosDrvShow（）、iosDevShow（）及iosFdShow（）查看相关内容，判断并将驱动及设备中入相应列表。
　　②使用logMsg（）现实相关内容，以定位错误。
　　初期调试，示波器和信号灯是非常有用的，可以确定硬件的工作状况，从而有助于发现程序中的错误。
　　6 小结
　　笔者采用两种方式完成了CAN卡驱动。相对于第一种（笔者亦完成），第二种方式——VxWorks的I/O系统将设备程序作为内核过程实现，大大减少了系统的开销，实时性和可靠性有了很大的提高，并且为用户提供了统一的接口，使用十分方便。
　　开发驱动程序，辅助工具是非常有用的。Windows下的开发工具就比较多，而在VxWorks下开发驱动的工具相对较少。Windriver 是一款不错的开发工具，可以开发VxWorks下的驱动程序（也可以开发其它操作系统下的驱动程序）。正确、熟练地使用这些辅助工具，会使开发工作事半功倍。