QNX驱动程序的编写.pdf

收稿日期: 2005 - 10 - 16 作者简介:王斑(1981 ) , 男,山东烟台人,工学硕士,主要从 事嵌入式系统研究;苗克坚(1962 ) , 男,辽宁人,教授,主要 从事并行与分布计算的研究。 QNX驱动程序的编写 王 斑,苗克坚 (西北工业大学 计算机学院,陕西 西安 710072) 摘要:简要介绍了QNX的特点,论述了QNX下资源管理器和设备驱动程序的关系,在此基础上,详细阐 述了QNX驱动程序编写的特点以及一般步骤。 关键词:QNX;资源管理器;设备驱动程序 中图分类号: TP393 文献标识码:B 文章编号: 1000 - 8829 (2006) 06 - 0054 - 03 Programm ing Device Driver for QNX OS WANG Ban, M I AO Ke2jian (Institute of Computer Science,Northwestern PolytechnicalUniversity, Xian 710072, China ) Abstract:The characteristics ofQNX and the relation between resource managers and device drivers are intro2 duced. On the basisof this, the characteristicsof programming device driverofQNX are analysed and a general method of programming device driver ofQNX is given. Key words:quantum software systems(QNX); resource manager; device driver 1 QNX介绍 QNX是一个分布、 嵌入式,可规模扩展的微内核 实时操作系统。 首先,QNX是一个实时系统。实时系统最重要的 特点就是实时性,即系统的正确性不仅依赖于计算结 果的正确性,还取决于输出结果的及时性。 再者,QNX是一个标准的分布式系统,支持不同 结点间的分工合作与资源共享。 其次,QNX的内核仅提供4种服务:进程通信、 进 程调度、 中断处理和底层网络通信。因此内核非常小, 运行速度极快。用户可以很容易对它进行开发扩展以 实现自己的实际需求。 2 设备驱动程序与资源管理器 在QNX中设备被通称为资源,所有的资源都由资 源管理器管理,QNX的资源管理器负责给不同类型的 设备提供一个接口。这种设备可能是真正的硬件设备 或者是虚拟设备。其他操作系统中,这一功能是与设 备驱动程序相关的。但是QNX的资源管理器与设备 驱动程序不同的是它以独立于内核的进程来运行,使 之就像一个普通的应用程序。除此之外,二者并没有 本质的区别,所以在以下介绍中,驱动程序和资源管理 器两个概念可以混合使用。 3 QNX驱动程序的特点 QNX的驱动程序是开放型的,没有什么特定的框 架和模式。驱动程序的根本目的就是实现硬件和应用 程序的交互。QNX对硬件的操作非常方便快捷,只要 通过系统命令pci2v就可以查找到硬件的端口,所以, 用户甚至可以跳过驱动直接对硬件进行操作,这对于 用户来说是非常方便的。QNX也提供了资源管理器 来支持驱动,用户可以编写自己的命令来控制硬件。 4 QNX驱动程序的编写 驱动程序的编写主要包括以下几个方面: 设备初始化和释放。 把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据。 读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应 用程序请求的数据。 检测和处理设备出现的错误。 从以下几个方面来介绍QNX驱动程序编写的步 骤: (1)设备的硬件资源管理和分配。 首先在驱动程序要用到的硬件资源主要包括内 存、I/O端口和中断,如果用到DMA控制器的话,还要 有DMA通道。 45 测控技术 2006年第25卷第6期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 一个线程如果想要对端口进行I/O操作,它必须 具有适当的权限,必须调用这个函数来保证线程可以 访问I/O端口。 ThreadCtl(_NTO_TCTL_I O, 0) ; 如果不调用这个函数,系统就会对其提供默认的 保护而使用户无法访问。 得到权限之后,还必须通过mmap_device_io ( )进 行I/0地址的映射,只有这样才能获取设备的I/O资 源。 在QNX中提供了丰富的PCI操作函数,可以自动 的查找资源,读写PCI配置寄存器。 下面简要分析程序中的关键部分: pci_attach() ; 将程序连接到PCI server上,使得整个程序可以使用QNX 系统提供的pci_3()函数。 do iRet = pci _ find _ device (Deviceid, Vendorid, index + + , if( iRet = = PCI_SUCCESS) then找到设备; while( iRet!= PCI_DEV ICE_NOT_FOUND) ; if( iRet!= PCI_SUCCESS) then不能找到设备; 查找PCI设备,使用pci_find_device,传给该函数 两个主要参数:设备号和厂家号,并遍历查找所有的 PCI插槽,直到匹配为止。找到设备以后可以利用pci _attach_device()函数把pci_dev_info ( )与设备连接, 然后读出内存与端口的基地址和中断资源,为日后的 操作做准备。 (2)建立与资源管理器的交互机制并初始化消息 处理函数。 dispatch_create ( )函数实现了用户函数与资源管 理器的交互。通过这个函数资源管理器可以作为服务 器为用户函数提供消息分发。 QNX为驱动程序开发者提供了可靠的默认处理 函数,但是用户也可以根据需要定义自己的消息处理 函数,以io_devctl为例: iofunc_func_init(_RES MGR_CONNECT_NFUNCS, io_funcs . devctl = io_devctl; / /用户将使用自己的io_devctl 处理函数。 (3)设备驱动程序与应用程序的接口。 驱动程序不但要完成对硬件的操作,还要与操作 系统进行数据的传输,在驱动程序加载以后,用户程序 就可以像操作文件一样操作设备,比较简单快捷的方 法是使用devctl()作为应用程序与驱动程序的接口。 devctl()函数的格式是: devctl( int fd, int dcmd, void3data, size_t nbytes, int3return _info) ; 下面的值直接映射_I O_DEVCTL消息本身: struct _io_devctl uint16_t type; uint16_t combine_len; int32_t dcmd; int32_t nbytes; int32_t zero; struct _io_devctl_reply uint32_t zero; int32_t ret_val; int32_t nbytes; int32_t zero2; typedef union struct _io_devctl i; struct _io_devctl_reply o; io_devctl_t; 对于大多数资源管理器消息来说,定义的联合包 括输入结构(发送给资源管理器)和输出结构(发送回 客户端)。Io_devctl处理函数的参数说明如下: io_devctl_t3msg:指向包含消息的联合。 type:值为_I O_DEVCTL。 combine_len:只对混合消息有意义。 nbyte:是传递给devctl()函数的,这个值包含传递 给驱动程序的数据的大小,或从驱动程序接受的 数据的最大值。 dcmd:传递给devctl()函数的,这个命令是使用定 义在的宏形成的。 如上面的结构体所示,上层的用户,把要与设备驱 动程序通信的数据填入结构体中,再由系统进行重新 的解析,以消息的方式传给底层驱动程序,驱动程序再 把消息中的功能号和要传递的参数取出使用。 下面是_ I O _DEVCTL消息的处理函数的关键代 码: int io_devctl( resmgr_context_t3ctp, io_devctl_t3msg, RES MGR_OCB_T3 ocb) union data_t data; int data32; 3rx_data; if( ( status = iofunc_devctl_default ( ctp, msg, ocb) ) != _ RES MGR_DEFAULT) return( status) ; rx_data = _DEVCTL_DATA (msg - i) ; / /从消息中取得数 据结构 /3 以下就是一个使用devctl的操作,完成从驱动程序取 一些数据传给应用程序中;3/ s witch(msg - i . dcmd) caseMY_DEVCTL_GETVAL: rx_data - data32 = global_integer; nbytes = sizeof( rx_data - data32) ; break; default: 55QNX驱动程序的编写 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. return(ENOSYS) ; /3 表明返回的字节数,并返回 3/ msg - o. nbytes = nbytes; return(_RES MGR_PTR ( cpt, 还有一些需要说明:被传递的数据直接跟在io_ devctl_ t结构的后面,可以使用宏_DEVCTL _DATA (msg - i)得到这个位置的指针。不过这并不适用于 大的数据消息,在这种情况下,可以使用resmgr_ms2 gread()从客户程序中读取消息。 被返回到客户程序的数据被放在回答消息中,这 和输入数据的机制是相同的,所以使用_DEVCTL_DA2 TA ()函数来得到这个位置的指针。 (4)返回与回答的方法。 从处理函数返回到设备驱动程序库有许多方法, 不过这过程比较复杂,需要填写正确的结构,以下介绍 几种方法: 返回错误:使用return (ENOMEM)的格式,这种 格式同样可用在像read()这样的函数,至于返回的错 误号在中有相应的解释。 有时需要返回一个数据头跟着N个缓冲区,使 用的缓冲区根据每次不同的回答不同,这是需要使用 一个I OV数组,用这个数据的元素指针指向数据头和 数据缓冲区。下面的例子是变量i包含要返回的缓冲 区的偏移量。在_RES MGR_NPARTS(2)中的2告诉驱 动程序库有多少元素要返回。 my_header_t header; a_buffer_t buffersN ; . SETI OV ( SETI OV ( return(_RES MGR_NPARTS(2) ) ; 返回成功但并不包含数据, return (EOK)或re2 turn(_RES MGR_NPARTS(0) )。 返回一个包含数据的缓冲区,这也是在系统中 使用最多的一种方法,可以使用两种方法: return(_RES MGR_PTR (ctp, buffer, nbytes) ) ; 和SETI OV (ctp - iov, buffer, nbytes) ; return(_RES MGR_NPARTS(1) ) (5)设备的中断处理。 因为设备的端口和内存资源已经映射到了系统 中,所以只需使用相应的函数就可以完成读写。在 QNX中提供了许多库函数来支持驱动程序的开发,传 统的方法是把ISR过程和一个I RQ捆绑起来,但是由 于ISR的上下文切换而影响到实时性。下面介绍一种 比较实时的方法,由于实时性的要求,事先把一个事件 的结构和一个I RQ捆绑起来,这样系统停留在中断里 的时间就会缩短,所以在驱动程序中绑定一个中断注 册程序,由它来创建一个线程,并把中断的信息传递给 线程,由该线程来处理中断事务。这样就可以保证系 统能够很快地响应中断,又不会长时间驻留于中断处 理程序而不响应其他的中断。 下面分析具体的细节: if( (mypcip - chid =ChannelCreate(_NTO_CHF _D ISCONNECT | _NTO _CHF_UNBLOCK) ) = = - 1) then报错处理; if( (mypcip - coid =Connect Attach(0, 0,mypcip - chid, 0, _NTO_SI DE_CHANNEL) ) = - 1) then报 错处理; 填写必要的属性结构体如事件: if( (mypcip - iid = Interrupt AttachEvent(mypcip - int_line, if ( EOK!= pthread _ create ( 以上是函数register_interrupt()中的主体部分,说 明如下: 创建一个接收消息和脉冲信号的通道,并实现 将它与线程的绑定。 将该通道与调用它的线程连接起来,通过参数 mypcip - chid指向通道,实现连接。 进行一系列的初始化后,通过内核调用函数In2 te