基于MPC852T的VxWorks以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)分析與實(shí)現(xiàn)

閔衛(wèi)鋒，馬安良

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院陜西楊凌712100）

MPC852T是一款高性能通用通信處理器，在該芯片中，將PowerPC內(nèi)核和通信外設(shè)集成于一體，配有多個(gè)支持各種通信協(xié)議的外設(shè)接口因此，該處理器芯片特別適用于通信領(lǐng)域。相對(duì)于其他操作系統(tǒng)，VxWorks除了具備常見操作系統(tǒng)的功能外，系統(tǒng)調(diào)度和硬實(shí)時(shí)（確定性）方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)工具非常完善，能提供良好的調(diào)試機(jī)制。它以其良好的可靠性和卓越性能廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于MPC852T處理器和VxWorks操作系統(tǒng)的END接口標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序，為上層軟件提供標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用接口，分層設(shè)計(jì)保證了相對(duì)的獨(dú)立性，方便跨平臺(tái)移植。

1 設(shè)計(jì)原理

MPC852T具有快速以太網(wǎng)控制器（FEC），通過(guò)配置FEC的工作模式寄存器GFMR，可以使FEC工作于以太網(wǎng)模式，F(xiàn)EC相對(duì)獨(dú)立，F(xiàn)EC的實(shí)現(xiàn)不影響CPM的其它性能。

以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收，以及完成BD表等，整個(gè)過(guò)程內(nèi)核參與較少。發(fā)送過(guò)程主要由FEC來(lái)完成，太網(wǎng)發(fā)送被內(nèi)核使能之后，F(xiàn)EC就按照固定的時(shí)間間隔（512個(gè)串行時(shí)鐘）去輪詢發(fā)送BD表，如果BD表中有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，則進(jìn)行發(fā)送操作。這種輪詢方式有可能會(huì)造成數(shù)據(jù)延遲。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的數(shù)據(jù)發(fā)送，上層軟件在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，可以通過(guò)置位TODR[TOD]，直接進(jìn)行發(fā)送操作，而不必等到下一次的查詢。在全雙工方式下，以太網(wǎng)控制器不檢測(cè)沖突，只維持幀間的最小間隔（96個(gè)串行時(shí)鐘），但是在半雙工模式下，在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，就需要進(jìn)行沖突檢測(cè)。如果線路忙，則推遲發(fā)送。只有當(dāng)CRS信號(hào)保持60個(gè)串行時(shí)鐘的無(wú)效狀態(tài)后，再等待CRS信號(hào)繼續(xù)無(wú)效36個(gè)串行時(shí)鐘才開始數(shù)據(jù)發(fā)送。

接收被內(nèi)核使能后，在搜索模式（RX_DV有效且COL無(wú)效）判斷FEC數(shù)據(jù)同步寄存器（FDSR）和進(jìn)入接收移位寄存器的數(shù)據(jù)，直到匹配時(shí)搜索模式結(jié)束。提取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀的首字節(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)鑒權(quán)，通過(guò)后開始接收數(shù)據(jù)并寫入內(nèi)存，所有數(shù)據(jù)接收完畢后通知內(nèi)核進(jìn)行后續(xù)處理。

驅(qū)動(dòng)程序需要完成的部分，是提供CPU相關(guān)的TxBD和RxBD操作的方法，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，要從CPU取得數(shù)據(jù)，填充到TxBD中去，當(dāng)收到數(shù)據(jù)時(shí)，需要將收到的數(shù)據(jù)通知到網(wǎng)絡(luò)接收任務(wù)。與TTY設(shè)備相似地，基于此，需要完成硬件寄存器的初始化，緩存空間的初始化，中斷向量的關(guān)聯(lián)，向VxWorks內(nèi)核提供標(biāo)準(zhǔn)的接口函數(shù)。

2 MUX接口層

為了保證網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層的無(wú)關(guān)性，VxWorks操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層之間增加了MUX接口層，MUX接口層有效隔離了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議層協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議相對(duì)獨(dú)立，雙方只有一個(gè)公共的接口就是MUX接口層。MUX接口層分別為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層只需要跟對(duì)應(yīng)的接口進(jìn)行操作，雙方并無(wú)直接交互。MUX接口層的加入，有效的避免了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)層和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層直接操作，方便設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和協(xié)議的移植和擴(kuò)展。

MUX提供的接口如圖1所示。

3 關(guān)鍵代碼

以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序也可以劃分為硬件初始化和API兩部分。其中，硬件初始化工作是在系統(tǒng)上電初始化的時(shí)候完成的。API部分主要是提供了MUX接口層必須的一些標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)。這里重點(diǎn)介紹硬件初始化部分以及驅(qū)動(dòng)程序中用到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

以太網(wǎng)設(shè)備的初始化一般要在作為控制端口的TTY設(shè)備初始化完成之后才開始。實(shí)際上，網(wǎng)口也可以在整個(gè)系統(tǒng)任務(wù)都運(yùn)行完之后再進(jìn)行加載。加載函數(shù)的接口是以結(jié)構(gòu)END_TBL_ENTRY為元素的函數(shù)入口。END_TBL_ENTRY結(jié)構(gòu)定義如下：

圖1MUX接口示意圖

第一個(gè)數(shù)值是設(shè)備的單元號(hào)，當(dāng)加載這個(gè)驅(qū)動(dòng)入口時(shí)，相應(yīng)的設(shè)備名就是devName#unit，這樣可以使用同一個(gè)加載函數(shù)入口實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備單元的加載。

第二個(gè)就是加載函數(shù)入口，后續(xù)會(huì)詳細(xì)描述。第三個(gè)是加載的入口字符串，用以提供對(duì)設(shè)備的詳細(xì)描述。

第四個(gè)是借用緩存的標(biāo)識(shí)，即收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)是否作一次拷貝？目前不使用這個(gè)參數(shù)。

第五個(gè)是BSP的參數(shù)入口，即當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)endLoadFunc（）時(shí)，提供的void*參數(shù)。

第六個(gè)是記錄是否有效的標(biāo)志。這個(gè)辦法可以讓一個(gè)入口不必使用注釋掉代碼的辦法停止一個(gè)驅(qū)動(dòng)的加載。要使能這個(gè)驅(qū)動(dòng)的加載，這個(gè)變量值寫為FALSE，那么系統(tǒng)會(huì)加載這個(gè)驅(qū)動(dòng)，在完成加載后將這個(gè)值寫為TRUE。如果在靜態(tài)配置中把這個(gè)值寫為TRUE，系統(tǒng)就會(huì)停止該驅(qū)動(dòng)的加載。

END_TBL_ENTRY結(jié)構(gòu)變量存放在文件configNet.h文件的數(shù)組endDevTbl[]里，最終這個(gè)文件會(huì)被包含在xxxConfig.c文件（xxxConfig.c文件是指bootConfig.c或者prjConfig.c）里。系統(tǒng)通過(guò)muxDevLoad（）函 數(shù) 來(lái) 加 載 endLoadFunc（參 考 ＜usrNetwork.c＞）：

endLoadFunc（）函數(shù)從 muxDevLoad（）入口點(diǎn)被系統(tǒng)加載后，就會(huì)在需要的地方被系統(tǒng)調(diào)用。

4 END驅(qū)動(dòng)加載

END驅(qū)動(dòng)加載如圖2所示。

圖2 END驅(qū)動(dòng)加載示意圖

系統(tǒng)在muxDevLoad（）函數(shù)中調(diào)用endLoadFunc（）函數(shù)時(shí)，并不是直接將END_TBL_ENTRY表中的初始化字符提供給endLoadFunc（）函數(shù)，而是先提供一個(gè)空的字符串以獲取該設(shè)備的名稱，然后在設(shè)備列表中尋找這個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，如果找到該驅(qū)動(dòng)，則停止調(diào)用endLoadFunc（）函數(shù)以免重復(fù)執(zhí)行，如果找不到該驅(qū)動(dòng)，才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行加載，并會(huì)將該驅(qū)動(dòng)的單元號(hào)追加到初始化字符串的頭部。這在TORNADO的相關(guān)說(shuō)明文檔中并沒(méi)有提及。

在加載完畢后系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用NET_FUNCS驅(qū)動(dòng)函數(shù)組中的motFecStar（t）函數(shù)將中斷和處理函數(shù)連接并且使中斷使能。也可以手動(dòng)調(diào)用muxDevStart（）函數(shù)執(zhí)行網(wǎng)口的啟用。

這里特別敘述一下數(shù)據(jù)的接收處理過(guò)程。數(shù)據(jù)接收通過(guò)motFecStar（t）函數(shù)使能接收中斷，當(dāng)滿足條件的數(shù)據(jù)完成一幀的接收，它首先被放在RxBD指向的BUFFER中，然后觸發(fā)CPU的接收中斷。在由硬件驅(qū)動(dòng)完成的中斷處理函數(shù)中，需要通過(guò)netJobAdd（）將任務(wù)級(jí)接收函數(shù)轉(zhuǎn)交tNetTask任務(wù)處理。

netJobAdd（）函數(shù)處理的主要流程即是調(diào)用msgQSend（）函數(shù)向tNetTask任務(wù)發(fā)送一個(gè)消息，消息的第一個(gè)參數(shù)即是期望的處理函數(shù)入口指針，其余的參數(shù)則是提供給處理函數(shù)的參數(shù)。tNetTask（）任務(wù)在收到該消息之后即將消息緩存中的第一個(gè)4字節(jié)組作為函數(shù)指針，其余的消息作為函數(shù)指針的入?yún)ⅲ缓笳{(diào)用處理函數(shù)。所以如果使用netJobAdd（）調(diào)用的函數(shù)處理出現(xiàn)異常，將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)任務(wù)的異常乃至崩潰產(chǎn)生。

驅(qū)動(dòng)層處理收到的數(shù)據(jù)時(shí)，可以調(diào)用endLib.h庫(kù)中提供的 END_RCV_RTN_CALL（pEnd，pMblk）宏。該宏實(shí)際上是調(diào)用muxReceive（）函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收處理，該函數(shù)是在運(yùn)行muxDevLoad（）時(shí)被TORNADO系統(tǒng)加載的，這就將數(shù)據(jù)的接收流程交給了TORNADO系統(tǒng)。在TORNADO的MUX層，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)muxBind（）函數(shù)將不同協(xié)議的數(shù)據(jù)接收數(shù)理函數(shù)添加到處理函數(shù)列表中，這些處理函數(shù)就會(huì)在muxReceive（）函數(shù)中得到執(zhí)行。

5 結(jié)論

文中分析了在VxWorks操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)基于MPC852T的END標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)原理和軟件架構(gòu)，充分發(fā)揮了MPC852T的強(qiáng)大控制能力和通信能力，以及VxWorks操作系統(tǒng)資源調(diào)度能力和實(shí)時(shí)性的特性，滿足了用戶的需求，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。為上層軟件提供了標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用接口，經(jīng)實(shí)際產(chǎn)品驗(yàn)證，該END標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定、可靠。

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