基于eCos系统的SPCE3200中SD卡驱动程序的开发
2009-06-12
作者：王玉叶，宋国富
摘 要：采用eCos系统对SPCE3200的SD卡驱动程序进行开发。围绕编写设备表入口、实现设备接口函数、设计CDL文件、向组件库添加驱动程序包等几个方面，对SPCE3200的SD卡驱动程序在eCos系统中的实现进行了详细叙述。
关键词：嵌入式系统；设备驱动程序；组件定义语言
设备驱动程序是介于硬件和嵌入式系统eCos内核之间的软件接口，是一种底层的、专用于某一硬件的软件组件。在eCos系统[1]中，设备驱动程序以包（Package）的形式存在，当需要使用该设备时，通过eCos环境配置工具把该设备驱动程序包加载到内核中，编译后生成一个库文件，用户使用时，只需要打开该设备，直接调用接口API函数即可。设备驱动程序的作用如图1所示[2]。
在eCos系统中一般把设备分为4类：字符设备、块设备、网络接口、其他设备。
SPCE3200是凌阳公司推出的一款32位支持嵌入式系统处理器，其内部具有SD卡控制器，属于块设备类[3]。对SPCE3200内部的SD卡控制器必须编写驱动程序，以便完成SD卡的读写操作。下面将介绍具体实现过程，这里规定SD卡使用“/dev/sd”作为其名称。
1 建立SD卡驱动程序目录结构
在编写驱动程序前，首先需要为SD卡驱动建立其目录结构。eCos系统要求所有驱动程序均保存在/packages/devs目录下的对应子目录内，按照图2所示在eCos/ packages/devs/sd/Spce3200 目录下分别建立名为“cdl”、“include”、“current”3个目录，分别用于存放SD卡驱动所需的cdl文件、驱动程序头文件和源程序文件。
2 建立SD卡驱动程序文件
在cdl目录内，首先创建一个叫做“sd_spce3200.cdl”的文件。然后，在src目录内建立一个名为“sd_spce3200.c”驱动程序的源程序，并将名为“sd_card_driver_spce3200.c”的文件复制到src目录内，该文件是凌阳科技提供的针对SPCE3200内部SD卡控制器的基本操作程序。
3 设计SD卡驱动的CDL文件
组件定义语言CDL（Component Definition Language）是eCos组件框架的一个关键部分。eCos中所有的包都必须具有至少一个CDL脚本对其进行描述[4]。CDL脚本包含了该包中所有配置选项的详细信息，并提供了如何对该包进行编译的信息[5]。这里，在CDL文件的模板框架中添加关于SD卡配置项的代码如下：
cdl_package CYGPKG_DEVS_SD_SPCE3200 {
display 'SD driver for SPCE3200'
include_dir cyg/io
compile sd_card_driver_spce3200.c
compile -library=libextras.a sd_spce3200.c
description 'SD driver for SCORE SPCE3200'
cdl_component CYGPKG_DEVS_SD_SPCE3200_OPTIONS {
display'CompileOptions'
flavor rnone
no_define
cdl_optionCYGDAT_DEVS_SD_SPCE3200_NAME{
display 'Device name for theSDDriver'
flavor data
default_value{''/dev/sd''}
description ' This option specifies the name of the sd-card device'
}
}
}
4 编写SD卡设备表入口
配置好CDL文件后，便可编写设备I/O函数表宏以及设备表入口宏，分别如下：
BLOCK_DEVIO_TABLE(sd_spce3200_handlers, // I/O 函数表的标识
sd_WriteSector, //SD卡写操作函数
sd_ReadSector, //SD卡读操作函数
NULL, //选择函数，SD 卡驱动不需要支持
sd_get_config, //读SD卡配置状态函数
sd_set_config //SD卡配置函数
);
BLOCK_DEVTAB_ENTRY(sd_spce3200_device, //SD卡驱动入口标识
CYGDAT_DEVS_SD_SPCE3200_NAME, //SD卡驱动的名称，在cdl文件里定义
NULL, //SD卡驱动不依赖于其他设备
&sd_spce3200_handlers, //SD 卡设备 I/O 函数表标识
&SD_Initial, //SD 卡初始化函数
0, //SD卡查找函数
0 //SD卡驱动的私有指针
);
5 实现SD卡设备接口函数
接下来需要实现上面提到的几个接口函数，这些函数是上层访问硬件设备的唯一通道。在凌阳科技提供的sd_card_driver_spce3200.c文件中包含了SD卡初始化、读写操作等函数[6]，它们分别为：SD卡初始化函数int __SDDrv_SDDrv_Initial__(void)、SD卡扇区写操作函数int _SDDrv_SDDrv_WriteSector_ (unsigned int block, unsigned int blocknum, unsigned char *outaddr)、SD卡扇区读操作函数int _SDDrv_SDDrv_ReadSector_ (unsigned int block, unsigned int blocknum, unsigned char *buf)。
但这些函数都不是基于操作系统的，而是SD卡的基本操作函数。需要将它们封装成eCos操作系统下的驱动程序。这就需要用到凌阳科技提供的SD卡设备驱动接口函数，包括SD卡设备批量写操作函数sd_WriteSector()、SD卡设备批量读操作函数sd_ReadSector()、SD卡读设备配置状态函数sd_get_config()、SD卡设备设置函数sd_set_config()[7]。
完整的SD设备驱动源程序文件的代码如下：
//--------文件名：sd_spce3200.c------------//
//----------包含相关头文件-------------//
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//-------------驱动函数实现--------------//
static bool sd_init(struct cyg_devtab_entry* tab)
{
bool InitResult = true;
if(__SDDrv_SDDrv_Initial( )==0
InitResul=true;
else
InitResult=false;
returen(InitResult);
}
static int sd_WriteSector(void* disk, const void* buf_arg, cyg_uint32 *blocks, cyg_uint32 first_block)
{
cyg_intret=ENOERR;
ret=__SDDrv_SDDrv_WriteSector__(first_block,*blocks,(cyg_uint8 *)buf_arg); (1)
return ret;
}
static int sd_ReadSector(void* disk, void* buf_arg, cyg_uint32 *blocks, cyg_uint32 first_block)
{
cyg_int32 ret = ENOERR;
ret = __SDDrv_SDDrv_ReadSector__(first_block,*blocks,(cyg_uint8*)buf_arg); (1)
return ret;
}
static Cyg_ErrNo sd_get_config(disk_channel* chan, cyg_uint32 key, const void* buf, cyg_uint32* len)
{
return -EINVAL;
}
static Cyg_ErrNo sd_set_config(disk_channel* chan, cyg_uint32 key, const void* buf, cyg_uint32* len)
{
return -EINVAL;
}
//-------------设备 I/O 函数表-----------//
（略，见前面）
//----------设备表入口----------------//
（略，见前面）
6 向eCos数据库中添加SD卡驱动程序组件包
在ecos.db中的任意位置加如下程序段：
package CYGPKG_DEVS_SD_SPCE3200 {
alias{'SD support for Score SPCE3200'}
directory devs/sd/score/spce3200
script sd_spce3200.cdl
description '
This package contains hardware support for theSDCard
on the Score SPCE3200 EV Board.'
}
“devs/sd/score/spce3200”指示了SD卡设备驱动的路径，该路径是相对于/packages目录的[8]。此时打开eCos配置工具添加包时，就可以看见SD卡驱动程序组件包已经出现在eCos数据库中，如图3所示。点击“Add”加载到平台上并编译生成一个名为“CIGPRG_DEVS_SD_SPCE3200.ecc”的库文件，即SD卡驱动程序库文件。
至此，在嵌入式操作系统cCos中成功地创建了一个基于凌阳SPCE3200的SD卡驱动程序。有了该驱动程序，就能正常访问SD卡了。
除了通过I/O组件访问硬件设备之外，eCos还提供了FAT文件系统用以管理块设备。FAT文件系统的使用，可以大大方便嵌入式系统与PC系统之间的文件交换，并为应用程序提供更为方便的操作接口。
参考文献
[1] 郭淳学. 嵌入式系统是嵌入式软件与IC发展基础[N]. 中国电子报，2008.6.30（第3版）.
[2] 周源. 片上系统(SOC)设计流程及其集成开发环境[J]. 上海应用技术学院学报，2008，32（4）：23-26.
[3] 管晓春. 基于凌阳SPCE061A的嵌入式应用系统设计[J]. 电子产品世界，2008，187（2）：10-13.
[4] TOM R. H. ARM dons armor-trustzone security extensions strengthen ARMv6 architecture'[J]. MPR August 25, 2007,(5):14-17.
[5] JACH B. Common criteria portal. http://www.commoncriteriaportal.org/.2006.
[6] 凌阳科技. SPCE3200嵌入式eCos系统驱动开发. http://www.unsp.com/. 2008.
[7] 罗亚非. 凌阳16位单片机应用基础[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007：132-134.
[8] 凌阳科技. SPCE3200实验仪——eCos平台篇. http://www.unsp.com/.2008.