以uClinux为背景,介绍中断驱动的I/O设备驱动的开发
引 言
在32位微处理器逐渐成为嵌入式系统主流的同时，嵌入式应用也变得越来越复杂。许多嵌入式系统都不得不借助于专用的操作系统来支撑自己的应用。uclinux作为类unix操作系统，继承了linux的各种优秀的品质，成为首选的嵌入式系统的操作系统。
为自己的设备在操作系统下添加驱动程序，是嵌入式设计必不可少的部分。针对不同的设备类型，选择合适的驱动程序的模式，同样也是十分重要的。通常的设备驱动采用直接i/o的方式，如存储器、看门狗等;而对于象网络这样的数据流设备的驱动，则应该用到中断机制。
本文以uclinux为背景，以一种数据流设备为目标，介绍中断驱动的i/o设备驱动的开发。
1 应用背景
1.1 硬件描述
本文介绍的驱动程序是应用在一种电信e1线路和以太网互联设备上的。它是旁路接收e1数据并将其发送到以太网的某一台服务器上，在服务器上对e1的话路和信令时隙分析。
该设备中的处理器是采用三星公司出品的网络型arm处理器s3c4510b。e1线路接口采用dallas半导体公司的专用el接口单元（liu）芯片 ds2148，它完成波形整理、时钟恢复和hdb3解码。ds2148将整理后的e1数据流送给一片altera公司的cyclone系列的 fpga（eplc3t144c8），它将串行的e1数据流存入到fifo，再通过arm的32位外部总线将数据传送给arm。arm将数据打包通过以太网发送到服务器上。图l所示是本系统的硬件框图。本文主要介绍接在arm的外部总线上的fpga，在uclinux下的驱动程序中断机制的设计。
1.2硬件连接
s3c4510b处理器和fpga的连接电路如图2所示。
1.3 fpga内fifo的结构
在fpga内部设置了两个fifo。为了防止arm和fpga操作的冲突，arm和fpga对两个fifo操作采用乒乓方式，这样arm和fpga就可以同时操作不同的fifo，而不需要等待。fifo的大小是4096位，能容纳一个e1复帧的数据量。当fpga将一个fifo填满后，会用中断的方式通知arm来读fifo，同时fpga会置内部的f1fo状态寄存器。 fifo）状态寄存器命名为fpga_imf，是一个32位的寄存器，用其中某几位置“l”，表示对应的fifo需要读取。
2 软件设计
中断驱动的i/o是指，输人数据在中断期间被填充到缓冲区内，并由读取该设备的进程取走缓冲区内的数据;输出缓冲区由写设备的进程填充，并在中断期间取走数据。数据缓冲可以将数据的发送和接收与write及read系统调用分离开来，提高系统的整体性能。下面是ucllnux下的中断程序的设计。
2.1 uclinux下的中断程序
在uclinux系统中，通过调用下面这个函数向系统申请一个中断通道（或中断请求irq），并在处理完以后释放掉它。
mt reqliest_irq（unsigned int irq，void（*handler）（int，vold*，
struct pt_regs*），unsigned 10ng flags，const chat*device，
vold*dev_id）;
void free_irq（unstgned int lrq，void*dev_id）;
其中，irq是中断号。在本系统中它对应于s3c4510b的21个中断源。这里用的是中断源o。handler指向要安装的中断处理函数的指针。 flags是一个与中断管理有关的各种选项的字节掩码。device传递给request_irq的字符串，在/proc/interrupts中用于显示中断的拥有者。dev_id指针用于共享的中断信号线。函数的返回值为o时表示成功，或者返回一个负的错误码。函数返回一ebujsy通知另一个设备驱动程序已经使用了要申请的中断信号线。下面是fpga的设备中断申请函数。这个函数是在驱动中的fpga_open函数中被调用的。
int fpga_open（struct inode*inocle，stuct_file*file）{
int result;
result=request_irq（fpga_irq，δfpga_isr，sa_inter-rupt，″fpga″，null）;
if（resuit！=o）{
printk（kern_info”can not register fpga isr！\n”）;}else{
printk（kern_info″fpga isr register successfully！\n”）;
}
}
在申请了中断通道后，系统会响应外部中断0，而进入中断处理程序。中断处理程序的第一步是要先清除s3c4510b的中断悬挂寄存器的外部中断o位。这是为了让fpga可以产生新的中断。在uclinux系统中是调用下面的宏来实现的。
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为自己的设备在操作系统下添加驱动程序，是嵌入式设计必不可少的部分。针对不同的设备类型，选择合适的驱动程序的模式，同样也是十分重要的。通常的设备驱动采用直接i/o的方式，如存储器、看门狗等;而对于象网络这样的数据流设备的驱动，则应该用到中断机制。
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1.2硬件连接
s3c4510b处理器和fpga的连接电路如图2所示。
1.3 fpga内fifo的结构
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2 软件设计
中断驱动的i/o是指，输人数据在中断期间被填充到缓冲区内，并由读取该设备的进程取走缓冲区内的数据;输出缓冲区由写设备的进程填充，并在中断期间取走数据。数据缓冲可以将数据的发送和接收与write及read系统调用分离开来，提高系统的整体性能。下面是ucllnux下的中断程序的设计。
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struct pt_regs*），unsigned 10ng flags，const chat*device，
vold*dev_id）;
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int result;
result=request_irq（fpga_irq，δfpga_isr，sa_inter-rupt，″fpga″，null）;
if（resuit！=o）{
printk（kern_info”can not register fpga isr！\n”）;}else{
printk（kern_info″fpga isr register successfully！\n”）;
}
}
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