VxWorks下數據采集卡驅動程序開發(fā)

　　1 引 言

　　隨著嵌入式技術的發(fā)展，數據采集廣泛應用于現場設備中。本文根據實際項目需求，開發(fā)了數據采集卡在VxWorks操作系統(tǒng)下的驅動程序，以方便應用程序開發(fā)。

　　本文采用的數據采集卡為盛博協(xié)同公司基于PC／104總線的ADT700采集卡，他通過總線與PC／104嵌入式系統(tǒng)構成一個高性能的數據采集與控制系統(tǒng)。ADT700具有如下特點：

　　模擬輸入 16單端／8差分輸入；12位分辨率；100 kHz最大A／D采樣率；0～+10 V，-5～+5 V，-10～+10 V雙極性或單極性輸入量程；1，2，4，8倍可編程增益；DMA實現數據的高速傳輸。

　　模擬輸出 4通道輸出；-5～+5 V，-10～+10 V，0～5 V，0～10 V量程可選；通道單獨置數或4通道同時置數。

　　數字量I／O 可編程外圍接口，24通道TTL／CMOS兼容；I／O接口上拉或下拉限流電阻。

　　定時／計數器 6個16位、10 MHz(最大)定時／計

　　2 VxWorks及其字符設備驅動

　　VxWorks是一個基于搶占式的實時操作系統(tǒng)，他以其高度的可靠性、優(yōu)秀的實時性、靈活的可裁性廣泛應用到許多行業(yè)中。在VxWorks中，I／O系統(tǒng)提供了與設備無關的用戶接口，應用程序可以通過標準的接口函數如：create()，remove()，open()，close()，read()，write()，ioctl()等來訪問設備驅動程序，而不用關心驅動程序是如何實現的。ADT700屬于字符型設備，他的驅動程序需要支持以上接口函數。

　　下面以字符設備中open()操作為例，說明字符設備驅動程序結構。

　　如圖1所示，當應用程序調用fd=open("／xx0"，ORDONLY，0)時，I／O系統(tǒng)根據文件名"／xx0"在設備列表中查找設備(設備是以文件形式存在的，文件名即設備名)(如①所示)；查找到相應設備后根據驅動號定位到驅動表中(如②所示)；I／O系統(tǒng)在文件描述表中預留一個表項fd=3(如③所示)；然后I／O系統(tǒng)調用驅動程序中的xxoOpen()函數，返回需要保留的值，即設備描述指針(如④所示)；I／O系統(tǒng)將驅動號和驅動返回值填到文件描述符表中(如⑤所示)；最后，I／O系統(tǒng)返回新opeh()的文件在文件描述符表中的索引，應用程序得到文件描述符fd=3(如⑥所示)。用戶可以通過操作文件來訪問I／O設備。

　　3驅動實現

　　3.1 功能分類

　　ADT700具有A／D，D／A轉換，數字I／O，定時／計數等功能，對其進行分析，可分為3類：

　　(1)A／D轉換為只讀，而D／A轉換為只寫；
　　(2)數字I／O既可讀又可寫；
　　(3)定時／計數器基本無需讀寫，只設置即可。

　　根據以上功能，得出需要實現3個驅動，分別為：

　　(1)adtDrv驅動，用于讀入A／D轉換后的數據，寫出D／A轉換的數據，設備描述符為"／adt"；
　　(2)ppiDrv驅動，用于讀入或寫出數字I／O的數字，設備描述符為"／ppi"；
　　(3)pitDrv驅動，用于設置定時／計數器，設備描述符為"／pit"。

　　3.2基本流程

　　(1)安裝驅動

　　I／O系統(tǒng)的功能是將用戶的I／O請求轉換成對相應驅動程序具體操作函數的調用，他通過維護一個包括所有驅動程序操作函數的地址表來實現的。通過調用ios-DrvInstall()可以動態(tài)安裝驅動程序，該函數的參數就是7種基本I／O操作函數指針。iosDrvInstall()函數將這些地址寫入驅動表中的一塊空閑存儲區(qū)中，并返回這塊存儲區(qū)的編號，編號即驅動程序號，可被與驅動程序相關聯(lián)的設備使用。iosDrvInstall()的原型是：

　　int iosDrvtnstall(FUNCPTR pCreate，FUNCPTRpDelete， FUNCPTR pOpen， FUNCPTR pClose，FUNCPTR pRead，FUNCPTR pWrite，FUNCPTR pI-octl)；

　　當調用iosDrvInstall()注冊I／O函數成功后，在shell下用iosDrvShow命令可以觀察驅動表中ADT700的驅動入口。

　　(2)創(chuàng)建設備

　　創(chuàng)建設備過程即是調用設備創(chuàng)建函數iosDevAdd()將此設備加入到I／O系統(tǒng)的設備列表中。iosDevAdd()的原型為：

　　STATUS iosDevAdd(DEV_HDR*pDevHdr，char*name，int drvnum)；

　　其中：DEV_HDR是一個指向該設備的描述符指針；而DEV_HDR結構中的第一項則指向下一個設備的描述符指針。

　　設備創(chuàng)建成功后，在shell下用devs命令可以觀察設備列表中ADT700的設備描述符。

　　以ADT700中adtDrv驅動為例，以上兩步的完成過程如圖2所示。

　　(3)實現I／O函數

　　安裝驅動和創(chuàng)建設備完成后，就需要實現I／O函數，即填充驅動表中的函數了。對于字符型設備而言，打開設備操作與創(chuàng)建設備操作通常使用相同的函數，底層驅動中都用xxOpen()完成；而設備驅動一旦安裝，就無需刪除，remove()無效，因此在底層驅動中xxRemove()為空。下面給出了ppiDrv驅動中ppiRead()的實現模板。
 
       
       

　　完成以上3步，就基本實現了驅動程序，此時，在應用程序中可以用標準接口函數進行操作了。以打開ADT700中定時／計數器(驅動為pitDrv)為例。
       
　　此時，在shell用iosFdShow命令可以觀察到新創(chuàng)建的文件描述符"／pit／timer"。

　　4 結 語

　　本文以數據采集卡驅動程序為例，詳細介紹了Vx-Works操作系統(tǒng)下字符設備驅動程序的開發(fā)過程。本驅動程序封裝了ADT700幾乎所有功能，支持標準的I／O系統(tǒng)接口函數。用戶可將ADT700當作文件，只需定義文件名建立文件描述符，而無需關心底層實現，即可完成對他的操作，從而縮短了應用程序開發(fā)時間，提高了效率。