基于eCos操作系統的FLASH驅動程序分析與移植

0 引 言

　　嵌入式系統需要支持的外部設備種類繁多，如何構造運行良好的嵌入式設備的驅動程序，對嵌入式操作系統的實際應用有重要意義。eCos是一種源代碼公開的實時嵌人式操作系統，對嵌入式應用具有良好的支持，內核專門設計了便于設備驅動管理和開發的I／O包和DEV包，開發人員可以方便地將自己開發的驅動程序加入其中，與別的系統組件一起進行配置。

　　1 系統目標板簡介

　　硬件目標板是為無人機系統設計的系統開發板，它是從Arca系統測試板經過功能簡化設計而來的滿足無人機系統要求的目標板。硬件目標板如圖1所示。

　　GT2000支持SRAM，FLASH，ROM，VLIO(靜態段支持可變等待時間I／O設備)和SDRAM(同步動態RAM)等外部擴展存儲器。GT2000的外部地址空間是按體(bank)劃分的，有四個體屬于靜態存儲器區域，由引腳CS0～CS3選擇，在將FLASH，SRAM，VLIO(用作其他外設接口)等靜態I／O設備地址分別設計在CS0～CS2區域內，由GT2000內部的外部內存訪問接口(EMI)控制器中的靜態內存訪問控制寄存器(SMCR)進行訪問控制，分配地址訪問接口。

　　系統目標板選用兩片Intel公司的TE28F320的FLASH(16位)并聯獲得32位總線寬度。Intel公司的TE28F320是32 Mb(2 M×16 b)多功能FLASH，2．7～3．6 V單電源供電，讀取時間為70 ns，封裝格式為48-Pin TSoP(12 mm×20 mm)或48-Ball TFB-GA，可被擦寫10 000次。方舟的JTAG仿真器支持TE28F320 FLASH，可以通過JTAG接口進行在線讀寫和擦除，這給調試程序和硬件提供了方便。

　　FLASH的電路原理圖以及GT2000的引腳“DACK[2．．1]／MD_MEM[1．．0]”設置如圖2所示。

　　2 eCos驅動程序的體系結構與驅動程序設計模式

　　eCos操作系統的設備驅動程序通常包含以下內容：提供一些底層函數，負責完成設備初始化與配置、注冊設備，從設備收發數據、控制設備、處理設備中斷等，并進行設備管理。eCos操作系統內核支持設備驅動程序的同步、計時、內存管理、緩沖區管理、設備名空間及資源管理等。

　　eCos系統的I／O包中包含了設備的驅動程序接口模塊，全部是以組件的形式存在。設備驅動程序模塊支持系統設計的分層結構。設備I／O包中的程序需要使用設備DEV包中的程序，而設備DEV包中的程序需要調用eCos的硬件抽象層包中的底層接口函數，如圖3所示。

　　2．1 設備驅動程序用戶API

　　eCos為應用程序提供了一組用戶API函數，這些操作包括對設備進行初始化和配置，獲取配置信息，對設備進行讀寫等。設備驅動程序必須使用設備句柄進行設備操作，通過cyg_io_lookup()函數把設備在系統中的惟一名字映射成設備句柄。

　　2．2 eCos驅動程序與內核及HAL的接口

　　應用程序在使用設備的時候，通過驅動程序的用戶API函數訪問設備驅動程序，設備驅動程序又調用設備內核API函數與內核和硬件抽象層HAL進行交互，設備驅動程序和內核又通過硬件抽象層HAL對硬件平臺進行操作。

　　eCos內核向設備驅動程序提供調度、時鐘、同步、中斷等內核服務的支持。在某些嵌入式應用中，部分內核服務并不是必需的。在配置時不選擇Kernel包，設備驅動程序的內核服務支持由硬件抽象層提供。

　　HAL包含所有與平臺相關的代碼，是eCos操作系統對硬件進行的抽象定義，它直接控制和訪問硬件，為eCos內核和高層代碼提供服務。

　　I／O包和DEV包構成了eCos驅動程序的基本框架。設備驅動程序一般分為三個部分，分別為設備表入口DEVTAB_ENTRY、設備I／O函數表DEVIO_TAB和設備I／O函數。I／O包提供抽象的設備操作支持，應用程序訪問設備時使用邏輯設備名，每個設備都對應一個惟一的邏輯設備名。DEV包提供設備操作的底層實現，對硬件通過HAL直接操作。

　　eCos中的所有設備驅動程序都使用設備表入口進行描述。設備表入口使用宏DEVTAB_ENTRY()可以生成一個設備表入口數據結構。其中，_handlers指向DEVIO_TABLE入口函數。提供用戶應用程序的調用支持；_priv指向設備真正的硬件操作數據結構，提供硬件設備與上層軟件的交互。設備I／O入口宏定義如下：

　　2．3 設備驅動程序的設計模式

　　一般來說，eCos提供了三種驅動程序設計模式。設備驅動程序與內核和HAL之間的API接口主要對中斷以及中斷處理程序的ISR，DSR和線程的同步進行控制和管理。eCos設備驅動程序的中斷模塊分為三個層次，分別是中斷服務程序ISR，中斷滯后服務程序DSR和中斷線程。中斷服務程序ISR在響應中斷時立即調用，中斷滯后服務程序DSR由ISR發出調用請求后執行，中斷線程為驅動程序的客戶程序。具體為硬件抽象層HAL對硬件中斷源譯碼，并在最短的時間內調用ISR中斷服務程序，ISR對硬件中斷可以立即處理，但限于與中斷線程交互較少的設備。大多數情況下，需要請求相應的中斷滯后服務程序DSR進入線程調度運行，DSR將在ISR執行完成后立即運行。如果需要復雜的中斷服務則要用戶自己定義中斷線程。對于一個具有中斷的設備驅動程序，必須提供ISR和DSR。

　3 基于方舟開發板的Inter FLASH驅動程序分析與移植

　　3．1 Inter公司的TE28F320的FLASH芯片驅動程序分柢

　　Inter FLASH驅動程序FLASH_28fxxx．inl文件定義了FLASH設備低層的管理設備I／O函數，FLASH_28fxxx_parts．inl文件定義了FLASH設備邏輯信息。eCos系統I／O包使用DEVTAB_ENTRY()和DEVIO_TABLE()定義的_priv指針對FLASH設備低層I／O函數進行調用。具體定義如下：

　　3．2 系統地址空間的分配方案。

　　當MMU內存管理單元的控制寄存器MCR．ATE為0時，地址映射方式變為直接映射物理方式，如圖4所示。

　　直接映射方式的映射關系是：在使用高速緩存方式時將虛擬地址A1區域(0x80000000~0xA0000000)映射到實際物理地址0x00000000～0x20000000的區域；根據目標開發板的設計規范，系統的FLASH的物理地址從0x00000000開始，系統設計編寫程序時使用相應的虛擬地址空間為0x80000000～0x80FFFFFF。SRAM的物理地址從0x04000000開始，使用相應的虛擬地址空間為0x84000000~0x84200000。

　　3．3 修改eCos硬件抽象層中FLASH和SRAM的配置信息以及FLASH設備驅動程序

　　不同的兩塊開發板所采用的芯片，特別是FLASH芯片有可能是不一樣的。由于為無人機專門設計開發的目標板使用的是Inter公司的TE28F320的FLASH芯片，與Arca公司使用的FLASH驅動程序不一樣，必須修改FLASH驅動及FLASH和SRAM的配置信息。

　　(1)SRAM布局文件修改如下：

　　(3)FLASH驅動程序FLASH_28fxxx．inl文件中的數據定義修改如下：

　　(4)修改平臺抽象層文件plf_hci．h文件

　　由于目標開發板上沒有采用EEPROM和HCI(硬件配置接口)的方式存儲系統硬件信息，而是采用在eCos平臺抽象層中把開發板上的硬件信息靜態存儲在文件中。在平臺抽象層文件plf_hci．h中修改如下：

　　4 驅動測試

　　4．1 Redboot簡介

　　Redboot是一個標準的嵌入式系統引導和Debug環境，是基于eCos的一個應用程序，使用eCos的硬件抽象層作為它的基礎。內含GDBstub，允許從應用程序調試的GDB宿主機鏈接目標平臺，通過串口或網口進行調試。既可以用在產品的開發階段(調試功能)，也可以用在最終的產品上。

　　4．2 系統測試結果

　　使用eCos圖形配置工具對修改好的eCos硬件抽象象層和FLASH設備驅動程序進行裁剪，并用串口進行系統測試，通過minicom顯示Redboot運行的FLASH和SRAM地址結果如圖5所示。

　　5 結語

　　本文通過裁剪和移植FLASH驅動程序到目標開發板上，展示上具體的修改硬件抽象層和設備驅動程序代碼方法。通過實際裁剪，配置一個具有實際應用價值的Redboot，對于嵌入式技術的學習和應用具有現實的意義。本文的難點在于eCos硬件抽象層和設備驅動程序源代碼的理解和修改。