PCI串口编程

一、硬件环境

硬件开发环境是PCI9054+FPGA,16串口或8串口。

软件开发平台则是linux、VxWorks。

主要是运用在工控领域,在一般商用平台可能用不到这玩意。

二、PCI相关知识

PCI相关知识主要是参考了网上一些前辈写的博文,这里将其贴出来,以免后来人继续收集。

PCI 总线学习笔记-PCI9054  http://blog.csdn.net/lg2lh/article/details/8042008

PCI设备的地址空间               http://www.cnblogs.com/zszmhd/archive/2012/05/08/2490105.html

另外《linux设备驱动开发详解》(宋宝华)也有附带讲一些PCI驱动的编程,可以去瞄一瞄。

第一篇博文主要是介绍PCI9054的相关信息,知道这个片子是怎么做的,以及其是如何将FPGA和PC机连接起来,熟悉硬件原理。在实际的编程中,我们可能根本感觉不到这个片子,作为一个“桥片”,操作系统其实都已经将厂商的驱动给集成了,并不会说还需要我们来进行过多的编程。

第二篇博文具体内容很重要,是PCI设备的特性属性,但作为使用者,其实我们用到的只是PCI的地址空间,其他的暂时不用理会,PCI地址空间即是系统在启动时,PCI设备向CPU大佬申请的一段独有的地址空间以供自己使用,这段地址的相关信息也就存储在PCI配置空间的BAR(Base Address Registers)中。

                                                                            PCI串口编程_第1张图片

在linux中,需要调用相关的API函数就能将BAR的信息取出进行使用了。

三、编程相关信息

Linux中,PCI设备的编程其实和普通设备的编程很相似,没有什么特别不同,主要的不同应该是映射PCI设备的地址空间。

UART设备,在编程中使用uart_register_driver注册tty设备,同时使用platform_driver_register注册平台总线。PCI-UART则是一实际总线,所以在注册时,我们选择注册为实际的总线——pci_register_driver。(参考Linux xr17v35x.c)

                                                               PCI串口编程_第2张图片

                                                                   PCI串口编程_第3张图片

                                                                   PCI串口编程_第4张图片

xr_uart_driver为驱动特殊的信息,xrserial_pci_driver为驱动匹配提供操作方法,在probe方法中,对串口相关资源进行初始化(还未对硬件进行相关设置),为该设备关联文件操作方法(uart_ops)。

先来看看probe中主要做的事情。

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在一个pci设备可以被使用之前,必须调用pci_enable_device进行激活,该函数会调用底层代码激活PCI设备上的I/O和内存,使之可用。而pci_disable_device所做的事情刚好相反,告诉系统该PCI设备不再使用,同时,禁用相关的一些资源。

经过一系列调用进入函数setup_port。

PCI串口编程_第5张图片

图中的bar是在xrpciserial_boards数组中flags指定,此处是BAR0。(根据实际产品来,比如,我这里是BAR2)

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若是我们的硬件没有预先跟软件这边说,那软件这边有能力得到这个信息吗?答案肯定是可以的。可以使用pci_select_bars来确定该PCI设备是否有申请到地址空间。(若没有肯定是有错误了)

bars = pci_select_bars(pdev, IORESOURCE_MEM);

返回值若是0x5,则是代表BAR0,BAR2满足select条件的,其条件就是函数的第二个参数IORESOURCE_MEM,因为PCI设备申请的地址空间有两种访问方式,一个是MEM,另一个是以IO方式访问,(第二篇博文中有介绍)。

这个时候我们可以使用这个返回值来映射这些BAR,若PCI设备使用了BAR0,那软件就使用BAR0去操作特定的内存地址(寄存器)就可以了,一个PCI设备一般不会使用很多BAR的,最多一两个就不得了了,要那么多,FPGA那边也受不了。

当然,有一些是强制性的就指定了该设备是使用哪一个BAR作为内存映射的基址,其他的BAR则是用于自定义用途,那软件这边强制性映射BAR0就好了。

看图片上,其实还调用了一个ioremap,BAR中的基址是属于物理地址的,软件想直接访问物理地址是做不到,那么,就需要使用ioremap将物理地址转化为虚拟地址,以供软件来使用。映射完后,使用priv->remapped_bar[bar]就可以来操作设备上的寄存器了。

 

分析完setup后(其实上面主要的工作是内存映射,其他的代码比较繁琐,在实际编程中可以适当简洁)。

进入serialxr_register_port。

填充 uart_port 结构体。

PCI串口编程_第6张图片 

填充ops操作方法,也就是在应用层在使用open、write等,底层驱动最终会被调用的方法。使用uart_add_one_port将驱动与串口链接到一起,这样,在应用层操作/dev/tty*时,相应的ops就会被调用了。

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到这里,probe函数大体就完成了,再之后的工作就是对ops的接口进行实现了,这里其实就可以参考一般串口设备到底在干嘛了,例如参考S3C2440的串口驱动。

参考至http://blog.csdn.net/lizuobin2/article/details/51773305。

struct uart_ops {
	unsigned int	(*tx_empty)(struct uart_port *);	 /* 串口的Tx FIFO缓存是否为空 */
	void		(*set_mctrl)(struct uart_port *, unsigned int mctrl);	/* 设置串口modem控制 */
	unsigned int	(*get_mctrl)(struct uart_port *);	/* 获取串口modem控制 */
	void		(*stop_tx)(struct uart_port *);		/* 禁止串口发送数据 */
	void		(*start_tx)(struct uart_port *);	/* 使能串口发送数据 */	
	void		(*send_xchar)(struct uart_port *, char ch);	/* 发送xChar */
	void		(*stop_rx)(struct uart_port *);		/* 禁止串口接收数据 */
	void		(*enable_ms)(struct uart_port *);	/* 使能modem的状态信号 */
	void		(*break_ctl)(struct uart_port *, int ctl);	/* 设置break信号 */
	int			(*startup)(struct uart_port *);		/* 启动串口,应用程序打开串口设备文件时,该函数会被调用 */
	void		(*shutdown)(struct uart_port *);/* 关闭串口,应用程序关闭串口设备文件时,该函数会被调用 */
	void		(*flush_buffer)(struct uart_port *);
	void		(*set_termios)(struct uart_port *, struct ktermios *new,
				       struct ktermios *old);	/* 设置串口参数 */
	void		(*set_ldisc)(struct uart_port *);/* 设置线路规程 */
	void		(*pm)(struct uart_port *, unsigned int state,
			      unsigned int oldstate);	/* 串口电源管理 */
	int		(*set_wake)(struct uart_port *, unsigned int state);

	/*
	 * Return a string describing the type of the port
	 */
	const char *(*type)(struct uart_port *);

	/*
	 * Release IO and memory resources used by the port.
	 * This includes iounmap if necessary.
	 */
	void		(*release_port)(struct uart_port *);

	/*
	 * Request IO and memory resources used by the port.
	 * This includes iomapping the port if necessary.
	 */
	int		(*request_port)(struct uart_port *);	/* 申请必要的IO端口/IO内存资源,必要时还可以重新映射串口端口 */
	void		(*config_port)(struct uart_port *, int); /* 执行串口所需的自动配置 */
	int		(*verify_port)(struct uart_port *, struct serial_struct *); /* 核实新串口的信息 */
	int		(*ioctl)(struct uart_port *, unsigned int, unsigned long);
#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
	void	(*poll_put_char)(struct uart_port *, unsigned char);
	int		(*poll_get_char)(struct uart_port *);
#endif
};

特别说明下,其中set_termios,与串口数据,流控开关,以及波特率设置相关。应用层若需要操控这些格式或者是打开流控等,需要使用tcgetattr函数得到对应串口的termios结构体。通过tcsetattr函数将设置后termios结构体传递给对应的串口。

startup则与open函数相关,在串口进行open操作时,上层会调用uart_open(serial_core.c),然后调用打开的设备的文件操作函数方法的startup。shutdown则与之相对。

ioctl则是支持一些该串口特殊的操作(若没有,则不设置就可以了)。

PCI串口编程_第7张图片

config_port是在驱动调用uart_add_one_port,链接驱动和串口端口时就被调用的一个函数,这个函数调用的真是早啊,主要的作用也是做一些在串口还没打开时需要处理的一些事,例如,设置串口的模式(232\485\422)。

大概就是这些了,其实VxWorks的驱动与之类似,可以参考vxbTemplateSio.c或者是templateSio.c,应该不会遇到啥比较可怕的大坑 。


另外需要注意的是VxWorks映射PCI BAR空间的问题,这些个代码网上有很多,可以去直接搜索下,不必去从源码上扣,别人已经整理出来了,我们就不必要花这个功夫了呗!


分析的参考代码地址。

http://download.csdn.net/download/qq_30103483/10143170

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