摘 要：基于FPGA 嵌入式系統(tǒng)，在PowerPC 架構(gòu)的Linux2.6 操作系統(tǒng)環(huán)境下，對(duì)通用輸入輸出接口(GPIO)控制器的驅(qū)動(dòng)，采用平臺(tái)設(shè)備機(jī)制進(jìn)行中斷控制管理。通過(guò)該管理機(jī)制，將GPIO 設(shè)備本身的資源注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理。在參照Linux2.6 內(nèi)核源碼有關(guān)平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，編寫和測(cè)試了GPIO 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序已在Xilinx 公司FPGA 開(kāi)發(fā)板ML403 上驗(yàn)證，并且穩(wěn)定運(yùn)行。

從Linux 2.6 起引入了平臺(tái)設(shè)備機(jī)制，即platform device driver 機(jī)制，Linux 中大部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)都可以使用這套機(jī)制[1]。和傳統(tǒng)的device driver 機(jī)制(通過(guò)driverregister 函數(shù)進(jìn)行注冊(cè))相比，十分明顯的優(yōu)勢(shì)在于platform 機(jī)制將設(shè)備本身的資源注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理，在驅(qū)動(dòng)程序中使用這些資源時(shí)通過(guò)platform device 提供的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行申請(qǐng)并使用[2]。這樣提高了驅(qū)動(dòng)和資源管理的獨(dú)立性，并且擁有較好的可移植性和安全性。文中討論的GPIO 設(shè)備具有雙重身份：平臺(tái)設(shè)備與混雜設(shè)備(miscdevice)。平臺(tái)設(shè)備意味著GPIO控制器設(shè)備是屬于平臺(tái)的獨(dú)立模塊；混雜設(shè)備(即主設(shè)備號(hào)為10)是一種特殊的字符型設(shè)備，描述了GPIO 控制器的訪問(wèn)方式是順序的[1]。

1 Linux中平臺(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)流程

ML403 開(kāi)發(fā)板采用vertex-4 系列FPGA，集成了PowerPC405 硬核，帶有內(nèi)核管理單元（MMU），因此可以在該開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行Linux2.6 操作系統(tǒng)。在嵌入式Linux2.6 操作系統(tǒng)中，通過(guò)Platform 機(jī)制，對(duì)外設(shè)進(jìn)行管理。開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的流程如圖1 所示：

1.1 定義platform_device

在Linux 2.6 內(nèi)核中platform 設(shè)備用結(jié)構(gòu)體platform_device 來(lái)描述， 該結(jié)構(gòu)體定義在kernel\include\linux\platform_device.h 中：
struct platform_device {
const char * name; //平臺(tái)設(shè)備的設(shè)備名
u32 id; //平臺(tái)設(shè)備的設(shè)備ID
struct device dev; //設(shè)備結(jié)構(gòu)體
u32 num_resources; //平臺(tái)設(shè)備使用的各類資源數(shù)
量
struct resource * resource; //資源
};

該結(jié)構(gòu)一個(gè)重要的元素是resource，它存入了最為重要的設(shè)備資源信息。在嵌入式開(kāi)發(fā)工具EDK 中生成BSP( 板級(jí)支持包)的時(shí)候有一個(gè)設(shè)備參數(shù)頭文件xparameter.h，里面定義了相關(guān)設(shè)備的設(shè)備數(shù)量、地址資源、中斷資源和時(shí)鐘資源等。在添加平臺(tái)設(shè)備信息的時(shí)候需要用到該頭文件中定義的地址信息和中斷信息，Xilinx 公司的Virtex-4 平臺(tái)設(shè)備是kernel/arch/ppc/syslib/virtex_devices.c 中定義的，在編寫驅(qū)動(dòng)之前，需要在該文件中添加有關(guān)GPIO 控制器的設(shè)備定義：
/*
* ML300/ML403 Gpio Device: shortcut macro for single instance
*/
#define XPAR_GPIO(num) { \
.name = "xilinx_gpio", \
.id = num, \
.dev.platform_data=XPAR_GPIO_##num##
_IS_DUAL, \
.num_resources = 2, \
.resource = (struct resource[]) { \
{ \
.start=XPAR_GPIO_##num##_B
ASEADDR, \

.end=XPAR_GPIO_##num##_HI
GHADDR, \
.flags = IORESOURCE_MEM, \
}, \
{ \
.start=XPAR_INTC_0_GPIO_##n
um##_VEC_ID, \
.flags = IORESOURCE_IRQ, \
}, \
}, \
}
/* GPIO instances */
#if defined(XPAR_GPIO_0_BASEADDR)
XPAR_GPIO(0),
#endif
#if defined(XPAR_GPIO_1_BASEADDR)
XPAR_GPIO(1),
#endif
#if defined(XPAR_GPIO_2_BASEADDR)
XPAR_GPIO(2),
#endif

上述的代碼定義了GPIO 設(shè)備名稱——xilinx_gpio，XPAR_GPIO 平臺(tái)設(shè)備結(jié)構(gòu)中name 元素和設(shè)備驅(qū)動(dòng)的platform_driver 結(jié)構(gòu)體中的driver.name 必須是相同的。這是因?yàn)樵谄脚_(tái)設(shè)備驅(qū)動(dòng)注冊(cè)時(shí)會(huì)對(duì)所有已注冊(cè)的platform_device 中的name 和當(dāng)前注冊(cè)的platform_driver 的driver.name 進(jìn)行比較， 使得platfrom_device 和platform_driver 建立關(guān)聯(lián)，只有找到相同的名稱的platfomr_device 才能注冊(cè)成功。在平臺(tái)設(shè)備的描述中GPIO 設(shè)備定義了2 個(gè)資源，一個(gè)是I/O空間資源，描述了GPIO 控制器設(shè)備所占用的總線地址范圍，IORESOURCE_MEM 表示第1 組描述的是內(nèi)存類型的資源信息；另一個(gè)是中斷資源，描述了設(shè)備的中斷號(hào)，IORESOURCE_IRQ 表示第2 組描述的是中斷資源信息，設(shè)備驅(qū)動(dòng)會(huì)根據(jù)類型來(lái)獲取相應(yīng)的資源信息。本文共用到三個(gè)GPIO 設(shè)備XPAR_GPIO(0)，XPAR_GPIO(1)，XPAR_GPIO(2)。

1.2 注冊(cè)platform_device

virtex_devices.c 中的platform_device 是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，使用virtex_init(void)函數(shù)進(jìn)行注冊(cè)。

同時(shí)被注冊(cè)還有很多virtex 平臺(tái)的設(shè)備，該函數(shù)是在系統(tǒng)初始化階段調(diào)用，驅(qū)動(dòng)注冊(cè)時(shí)需要匹配內(nèi)核中所有已注冊(cè)的設(shè)備名，因此platform_device 設(shè)備的注冊(cè)過(guò)程必須在相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)加載之前被調(diào)用。