C64x系列DSP／BIOS中设备驱动程序的设计

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摘要：为了高效地对外部设备进行控制，给硬件设备编写驱动程序是一种有效的解决方法。C64x系列的DSP系统提出了类／微型驱动模型的驱动程序结构。实践结果表明，采用类／微型驱动模型进行驱动程序设计后，应用软件可以复用绝大部分相似设备的驱动程序，因而极大地提高了驱动程序的开发效率。

    关键词：数字信号处理器 I／O设备驱动 类／微型驱动模型 实时操作系统

随着新技术的不断涌现和DSP实时系统的日趋复杂，不同类型的外部设备越来越多。为这些外部设备编写驱动程序已经成为依赖操作系统管理硬件的内在要求。但是，由于内存管脚、响应时间和电源管理等条件的限制，为一个给定的DSP系统编写设备驱动程序有时候会很困难。针对设备驱动程序开发者遇到的上述难题，TI公司为C64x系列[1]DSP的开发者提供了一种类／微型驱动模型(class／mini-driver model)[2]。该模型在功能上将设备驱动程序分为依赖硬件层和不依赖硬件层两层，两层之间使用通用接口。实践结果表明，采用类／微型驱动模型进行设计后，应用软件可以复用绝大部分相似设备的驱动程序，从而提高驱动程序的开发效率。

1 类／微型驱动模型简介

在类／微型驱动模型中，类驱动通常用于完成多线程I／O请求的序列化功能和同步功能，同时对设备实例进行管理。在包括视频系统I／O和异步I／O的典型实时系统中，只有少数的类驱动需要表示出外部设备的类型。

类驱动通过每个外部设备独有的微型驱动对设备进行操作。微型驱动通过控制外设的寄存器、内存和中断资源对外部设备实现控制。微型驱动程序必须将特定的外部设备有效地表示给类驱动。例如：视频显示设备存在一些不同的帧存，应用软件会根据不同的I／O操作进行帧存的分配，此时微型驱动必须映射视频显存，使得类驱动可以对不连续的内存(分别存放RGB或YUV分量)设计特定的I／O请求。
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    类／微型驱动模型允许发送由开发者定义数据结构的I／O请求包给微型驱动来控制外部设备，此分层结构使设备驱动的复用能力得到加强，并且丰富了发送给微型驱动的I／0请求包的结构。

类／微型驱动模型结构如图1所示。上层的应用程序不直接控制微型驱动，而是使用一个或一个以上的类驱动对其进行控制。每一个类驱动在应用程序代码中表现为一个API[3]函数并且通过微型驱动的接口IOM与微型驱动进行通信。类驱动使用DSP／BIOS中的API函数实现诸如同步等的系统服务。

类驱动通过标准的微型驱动接口调用微型驱动控制硬件设备。到目前为止DSP／BIOS共定义了三种类驱动：流输入输出管理模块(SIO)、管道管理模块(PIP)和通用输入输出模块(GIO)。在PIP和SIO类驱动中，调用的API函数已经存在于DSP／BIOS的PIP和SIO模块中。这些API函数需将参数传给相应的适配模块(adapter)，才能与微型驱动交换数据。而在GIO类驱动中，调用的API函数则直接与微型驱动通信(需在CCS2．2以上)。

每一个微型驱动都为类驱动和DSP／BIOS设备驱动管理提供了标准接口。微型驱动采用芯片支持库(Chip Sup-port Library)[4]管理外围设备的寄存器、内存和中断资源。

2 类驱动的编写

SIO和PIP两个接口模块用于支持DSP和外设之间的数据交换。这两种模块都可以通过类驱动中的适配模块和微型驱动的IOM连接进行数据传输。SIO的适配模块称为DIO，PIP的适配模块称为PIO。
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    GIO模块[5]的传输模式是基于流输入输出模式的同步I／O模式，更适合文件系统I／O。在编写类驱动时，可以直接调用GIO的读写API函数，这些函数的接口已经内置于微型驱动的IOM中。

2．1 SIO模块和DIO模块

DSP／BIOS中的SIO模块为每个DSP／BIOS线程提供一个独立的I／O机制，它支持动态创建。SIO模块有自己的驱动模型，称为DEV。DEV程序和微型驱动的编写方法相似，都要实现函数表中的打开、关闭和缓存管理等函数，然而结构比较复杂。相比之下，DIO模块可以简化SIO模块和IOM之间的连接，使得通信和同步变得更简单。

DIO模块必须实现下列基本功能函数：

(1)回调函数 在外设的通道实例创建结束时，如果微型驱动已经完成内存分配，那么适配模块将通过回调函数通知微型驱动待调用函数的地址，同时回调函数也将通知适配模块缓存已经建立，并最终通知上层应用程序。

(2)传输函数 传输函数将调用微型驱动中的md-SubmitChan函数。微型驱动中的mdSubmitChan函数将从适配模块获得一块缓存，并将缓存中的新信息通过通道实例通知给中断服务程序(ISR)。DIO模块通过传输函数实现应用程序与微型驱动之间的通信。

2．2 PlP模块和PlO模块

DSP／BIOS中PIP模块提供管理异步I／O的数据管道。每个管道对象都拥有一块同样大小的缓存，这些缓存分别为同样数量的等长小块。小块的数量和长度在DSP／BIOS中设置。虽然小块的长度是固定的，但应用程序可以把小于这个长度的数据放入缓存小块中。一个管道有两个结束状态：写完缓存和读完缓存。通常，无论哪个结束状态都会激活I／O设备。数据通知函数用来执行读写同步任务和通知PIP缓存填满或清空。写数据时，PIP_alloc函数用来获得缓存，PIP_put函数用于将数据写入缓存。写完后，读数据通知函数notifyReader将被调用。读数据时，PIP_get函数用来接收缓存中的数据，刃PIP_free函数在数据不再被使用时将缓存清空。清空完后，写数据通知函数notifyWriter将被调用。
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