实时操作系统VxWorks设备驱动程序的编写

实时操作系统VxWorks设备驱动程序的编写，是一个深入探讨嵌入式系统开发中关键环节的主题。在嵌入式系统领域，尤其是信息家电、移动通信、手持信息设备以及工业控制等行业，VxWorks作为一款杰出的实时操作系统（RTOS），因其卓越的性能和可靠性，被广泛应用在航空航天、工业控制、通信等多个领域。 ### VxWorks与设备驱动程序的关系 VxWorks作为一个多任务操作系统，其任务具有独立的上下文，并提供了多种灵活的任务间通信机制。它采用基于优先级的抢占式调度算法和循环调度算法，同时支持高效的中断处理，确保了系统的实时性和响应速度。设备驱动程序的开发是基于VxWorks操作系统进行应用开发的重要组成部分。为了使应用程序能够透明地访问硬件资源，VxWorks提供了一套内部数据结构和接口，简化了设备操作的复杂度，增强了软件的可移植性和维护性。 ### VxWorks内部数据结构与设备驱动程序 #### 文件表 文件表是用于管理文件和设备的核心数据结构，由一系列文件描述符组成。每个打开的文件或设备都会分配一个文件描述符，该描述符包含了设备专用I/O函数在系统驱动程序表中的索引及设备相关的数据。当应用程序调用`Open()`或`Create()`时，系统会返回该设备的文件描述符，后续对设备的所有操作都将通过这个描述符进行。 #### 设备列表 设备列表是由设备描述符组成的链表，每个设备都有一个对应的描述符，其中包含与驱动程序无关和相关的信息。设备头(DEV_HDR)是与驱动程序无关的部分，存储了指向前后设备描述符的指针、设备名以及设备专用I/O函数在驱动程序表中的索引等。而与驱动程序相关部分则包含驱动程序专有的数据。 #### 驱动程序表 驱动程序表存储了每个设备专用的I/O调用函数，这是设备驱动程序与操作系统交互的核心。表中每一项对应一个驱动程序号，如0、1、2等，这使得系统能够快速定位并调用正确的设备驱动程序。 ### 设备驱动程序的种类 VxWorks的设备驱动程序主要分为两大类： 1. **标准接口驱动程序**：使用统一、标准化的接口，适用于基于文件结构的设备（如磁盘）和流设备（如串行设备）。这类驱动程序支持标准输入/输出重定向（如stdin、stdout、stderr），并可以利用`select()`等功能。然而，对于某些特定类型的设备，可能不是最优化的选择。 2. **非标准接口驱动程序**：允许开发者自定义应用程序接口，以更好地适应特殊设备的需求，通常在速度上具有优势。这种类型的驱动程序虽然灵活性更高，但可能牺牲了通用性和可移植性。 ### 设备驱动程序模型 标准接口驱动程序又细分为字符设备驱动程序和块设备驱动程序。字符设备驱动程序主要用于处理连续的数据流，如串行通信设备，而块设备驱动程序则适用于处理固定大小的数据块，如磁盘存储设备。这两种模型的设计考虑到了不同类型设备的特点，从而实现了更高效、更合理的资源管理和数据传输。 ### 总结 设备驱动程序的开发是嵌入式系统中不可或缺的一环，尤其是在实时操作系统如VxWorks中。通过理解和掌握VxWorks的内部数据结构和设备驱动程序的分类，开发者能够更有效地设计和实现驱动程序，满足不同场景下的需求，提升系统的整体性能和稳定性。无论是标准接口还是非标准接口的驱动程序，其目标都是为了让应用程序能够更加高效、安全地访问底层硬件资源，从而实现嵌入式系统的强大功能和广泛应用。