SylixOS_x86_PCI串口驅動淺析

1. 適用範圍

    本文僅針對於3.0及上版本的SylixOS x86平臺PCI轉串口相關驅動架構進行簡單的分析。

2. PCI簡介

    外部鏈接標準（或稱個人電腦界面，Personal Computer Interface），實際應用中簡稱爲PCI（Peripheral Component Interconnect），是一種連接電腦主板和外部設備的總線標準。一般PCI裝置可分爲以下兩種形式：

    直接內建於主板上的集成電路，在PCI規範中稱作“嵌入裝置”（planar device）；或者安裝在插槽上的擴充界面卡。

    PCI 總線見於現代的個人電腦中，並已取代了ISA和VESA局部總線，成爲了標準擴充總線。PCI總線亦常見於其他電腦類型中。PCI總線最終將被PCI Express和其他更先進的技術取代，這些技術現在已經被用於最新款的電腦中。

    PCI規範規定了該總線的物理尺寸（包括線寬）、電氣特性、總線時序和協議。該規範可從美國PCI-SIG協會購得。

    常見的PCI卡包括網絡卡、聲卡、調變解調器（調制解調器）、電視卡和硬盤控制器等，另外還有USB和串列埠等端口。原本顯卡通常也是PCI裝置，但很快其頻寬已不足以支援顯卡的性能。PCI顯卡現在僅用在需要額外的外接顯示器或主板上沒有AGP和PCI Express槽的情況。

3. PCI串口卡簡介

    串口卡主要是用來擴展PC的串口數量和種類。常見的x86機器主板上可能只有一個或者兩個RS232的串口接口，在某些場景下不能滿足對串口的需求，於是就有了PCI串口卡。通常PCI串口卡會支持拓展2至8個串口，也會支持RS232，RS485，RS422這幾種串口格式。PCI串口卡在工業和軍工領域運用廣泛。

4. PCI串口驅動架構分析

4.1      SylixOS下一般的PCI驅動架構

    在x86的base工程libsylixos/SylixOS/driver/pci/null路徑下，提供了SylixOS PCI驅動示例：pciNullDev.c。

        pciNullDev.c中主要實現瞭如表 41所示五個主體框架函數。

表 41  pciNullDev.c中主體函數

函數名	函數功能
pciNullDevInit	PCI設備驅動初始化
pciNullDevProbe	PCI設備ID探測和資源信息初始化
pciNullDevRemove	刪除PCI設備
pciNullDevIdTblGet	獲取PCI設備ID表的表頭與表頭大小
pciNullDevIsr	PCI設備驅動中斷服務程序

• 函數pciNullDevInit

        該函數主要用來初始化PCI設備驅動，其調用pciNullDevIdTblGet等函數將相關的PCI設備結構體填充完成，並調用API_PciDrvRegister函數註冊PCI設備驅動。

• 函數pciNullDevProbe

        該函數由SylixOS PCI子系統回調，主要完成更新設備驅動版本信息，設備索引號，獲取設備MEM、IO、IRQ等資源信息以及中斷連接與使能操作。

• 函數pciNullDevRemove

        該函數由SylixOS PCI子系統回調，主要完成刪除PCI設備的一系列操作，在該示例中沒有實現相關功能代碼。

• 函數pciNullDevIdTblGet

        該函數主要由pciNullDevInit函數調用，用來獲取相關PCI設備的ID表的表頭與表的大小。

• 函數pciNullDevIsr

        該函數爲驅動服務函數，主要提供了該PCI設備驅動的中斷服務處理，在該示例中中斷服務處理沒有實現相關功能代碼。

        pciNullDev.c示例中的PCI設備驅動的流程如圖 41所示：

圖 41  pciNullDev.c設備驅動大致流程

4.2      SylixOS下PCI串口設備的驅動架構

    在x86的base工程libsylixos/SylixOS/driver/pci/sio路徑存放的是PCI串口卡驅動。pciSioExar.c和pciSioNetmos.c均是PCI串口卡的驅動，是針對不同廠商的適配。一般PCI串口卡都是使用了16c500這一系列的串口芯片，這裏着重分析pciSioNetmos.c。

4.2.1   PCI設備ID表

    如程序清單 41所示pciSioNetmos.c中有一個驅動支持的設備ID表結構體數組。PCI驅動通過PCI總線獲取設備相關ID數據和驅動中的驅動支持設備ID表來匹配加載相關的驅動。

程序清單 41  驅動支持設備ID表

/*********************************************************************************************************
  驅動支持的設備 ID 表, 用於驅動與設備進行自動匹配, 與 Linux 參數保持一致.
*********************************************************************************************************/
staticconstPCI_DEV_ID_CB  pciSioNetmosIdTbl[] = {
    {
        PCI_VENDOR_ID_NETMOS, PCI_DEVICE_ID_NETMOS_9901,
        0xa000, 0x1000, 0, 0,
        netmos_9912
    },
    {
        PCI_VENDOR_ID_NETMOS, PCI_DEVICE_ID_NETMOS_9912,
        0xa000, 0x1000, 0, 0,
        netmos_9912
    },
    {
        PCI_VENDOR_ID_NETMOS, PCI_DEVICE_ID_NETMOS_9922,
        0xa000, 0x1000, 0, 0,
        netmos_9912
    },
    {
        PCI_VENDOR_ID_NETMOS, PCI_DEVICE_ID_NETMOS_9904,
        0xa000, 0x1000, 0, 0,
        netmos_9912
    },
    {
        PCI_VENDOR_ID_NETMOS, PCI_DEVICE_ID_NETMOS_9900,
        0xa000, 0x1000, 0, 0,
        netmos_9912
    },
    {
    }                                                                   /* terminatelist               */
}

    如程序清單 42，在x86的base工程libsylixos/SylixOS/system/drvice/pci/pciDrv.h中定義了設備ID表數據結構體PCI_DEV_ID_CB，其中包含廠商ID，設備ID，子廠商ID，子設備ID，設備類，設備子類，設備私有數據這7個相關屬性，與Linux的PCI結構一致。

程序清單 42  驅動支持設備ID表結構體

/*********************************************************************************************************
  驅動支持設備列表控制塊
*********************************************************************************************************/
typedefstruct {
    UINT32                  PCIDEVID_uiVendor;                          /* 廠商 ID                      */
    UINT32                  PCIDEVID_uiDevice;                          /* 設備 ID                      */
 
    UINT32                  PCIDEVID_uiSubVendor;                       /* 子廠商 ID                    */
    UINT32                  PCIDEVID_uiSubDevice;                       /* 子設備 ID                    */
 
    UINT32                  PCIDEVID_uiClass;                           /* 設備類                       */
    UINT32                  PCIDEVID_uiClassMask;                       /* 設備子類                     */
 
    ULONG                   PCIDEVID_ulData;                            /* 設備私有數據                 */
} PCI_DEV_ID_CB;

4.2.2   函數介紹

    如表 42所示在pciSioNetmos.c除了實現了和示例驅動中類似的Init、Probe、Remove、IdTblGet、Isr這五個相關類型的函數外，還實現了其他的設備相關驅動的函數。

表 4-2  pciSioNetmos.c實現的相關函數

函數名	函數功能
pciSioNetmosInit	PCI NETMOS 16c550 控制器驅動相關初始化
pciSioNetmosProbe	PCI NETMOS 16c550 板卡驅動探測設備
pciSioNetmosRemove	總線上移除 PCI 設備
pciSioNetmosIdTblGet	獲取PCI設備ID表的表頭與表頭大小
pciSioNetmosChan	創建一個 SIO 通道
pciSioNetmosIsr	PCI設備驅動中斷服務程序
pciSioNetmosGetReg	獲得 NETMOS 16C550 寄存器的值
pciSioNetmosGetReg	設置 NETMOS 16C550 寄存器

• 函數pciSioNetmosInit

        該函數和pciNullDevInit一樣，調用pciNullDevIdTblGet獲取驅動支持設備ID表的表頭和大小，並設置驅動名爲“pci_netmos”，pciSioNetmosProbe和pciSioNetmosRemove複製給PCI設備驅動控制塊，調用API_PciDrvRegister函數註冊PCI設備驅動。

• 函數pciSioNetmosProbe

        該函數通過驅動設置的參數獲取設備MEM的其實地址和MEM的大小，通過調用API_PciDevIoRemap重新映射驅動的內存空間地址，根據驅動設置的參數獲取設備中斷資源並註冊，啓動PCI總線的主模式，並調用pciSioNetmosChan函數來初始化串口設備的通道參數，最後通過ttyDevCreate函數創建出串口設備。

• 函數pciSioNetmosRemove

        和函數pciNullDevRemove一樣，實現總線上移除PCI設備時的處理，這裏在pciSioNetmos.c裏面沒有實現相關方法。

• 函數pciSioNetmosIdTblGet

        和pciNullDevIdTblGet一樣，用來從驅動支持設備ID表中獲取相關PCI設備的ID表的表頭與表的大小。

• 函數pciSioNetmosChan

        PCI串口驅動的關鍵函數，該函數將PCI設備驅動和串口設備驅動相互連接起來了。將驅動設置好的串口參數，PCI串口的中斷和pciSioNetmosSetReg，pciSioNetmosGetReg函數賦值給PCI設備串口通道結構體，調用API_PciDevInterDisable先禁能PCI串口設備的中斷，然後調用系統的16c550串口驅動中的sio16c550Init來初始化相關PCI串口通道，隨後調用API_PciDevInterConnect，API_PciDevInterEnable連接並使能PCI串口設備中斷，完成PCI串口通道的創建。

• 函數pciSioNetmosIsr

        PCI串口的中斷服務函數，該函數是在PCI設備的中斷函數服務中調用了系統的16c550串口驅動服務函數，來完成對應的串口中斷處理事務。

• 函數pciSioNetmosGetReg

        該函數被系統串口驅動回調，用於讀取PCI設備對應通道相關寄存器地址的值。

• 函數pciSioNetmosSetReg

        該函數被系統串口驅動回調，用於設置PCI設備對應通道相關寄存器地址的值。

    pciSioNetmos.c示例中的PCI設備驅動的函數結構如圖 44所示：

圖 44  pciSioNetmos.c設備驅動大體流程

5. 總結

    PCI串口驅動本質上是PCI驅動和串口驅動的一個結合，上層通過系統的串口驅動來封裝出串口所需要的操作接口，下層由PCI驅動來和PCI總線上的設備進行各種操作。