基于SCA嵌入式平台的PCI设备驱动设计
机床数控系统中嵌入式plc的设计
机床数控系统中嵌入式plc的设计在机床数控系统中，电气设备的控制占有重要的地位。
目前，一般采用可编程控制器（PLC）进行机床电气控制。
PLC可靠性高，使用方便，对于复杂的，控制点数较多的应用场合，可以在PLC基本单元外加上一定数目的扩展单元，实现复杂的电气控制功能。
在数控机床上。
如果采用PLC进行电气控制，必需在PLC与NC 间建立电气联系，否则，NC程序中的MST指令反映不到PLC中，PLC也就不可能做出相应的动作。
目前市场上出售的PLC一般都具有通讯功能，可以利用这种功能在PLC与NC之间建立联系。
由于PLC的通讯方式为串行通讯，通讯速度比较低，对于数控机床的某些实时性要求很强的信号如急停，超程等。
就难以胜任一必需采取其它措施满足这些特殊需要，但这又增加了系统的复杂程度。
为了提高速度，降低戚本。
在数控系统中t可以采用开关量I/O板加外接继电器，配台主机的软件对电气开关进行控制。
但此方案周NC主机要直接参与电气控制逻辑的运算过程。
占用了主机的部分工作时间，增加了软件的复杂程度。
更重要的是。
把过多的功能集中到主机使主机-发生故障的风险加大出于对实时性和可靠性的考虑。
在研制五轴联动数控系统的过程中。
设计了一种嵌入式PLC.在保证实时性的同时。
使故障风险相对分散。
1 嵌入式PLC的硬件结构我们研制的五轴联动数控系统是一种基于工业PC 的多CPU分布式开放化数控系统。
做为其中的一部分，嵌入式PLC的设计也必需遵循开放化的原则。
其硬件是模块化的。
按照标准的工控机插卡进行设计。
目前，工控机的底板总线有两类：ISA总线和PCI总线。
ISA总线的数据转输速率比PCI总线要低得多。
但已完全能够满足一般工业控制的需要，而且ISA 总线对工控机扩展卡的要求比PCI要宽松。
从已有的工业应用经验看。
可靠性也比较高。
因此我们仍选择ISA总线做为嵌入式PLC设计的基础。
嵌入式PLC的组成参图1嵌入式PLC的CPU 采用Intel16 位单片机80C196。
Vxworks下PCI设备驱动程序的设计与实现
Vxworks下PCI设备驱动程序的设计与实现摘要：VxWorks在嵌入式军工产品中的应用越来越广泛。
本文详细描述了在VxWorks操作系统下PCI总线驱动程序的设计与实现过程。
关键词：VxWorks PCI驱动中断1.引言VxWorks是一种运行在嵌入式设备上的高性能、可裁减性的嵌入式实时操作系统，是专门为实时嵌入式系统设计开发的操作系统，其良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用在军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中。
本文详细讨论了工程实践中在VxWorks操作系统下，对基于PCI 总线设备驱动程序的设计与开发过程，具有较强的通用性。
2.系统概要本系统主要包括三种模块的驱动：开关量板驱动，A/D板驱动以及串口板驱动，其结构框图如图2-1所示：图2-1 系统结构框图系统通过这三种模块的驱动程序来完成对系统相应功能的实现。
3.程序设计开发驱动程序的首要任务就是确定访问设备的地址。
VxWorks 系统上电后POST软件会依次扫描系统中所有的PCI设备，并为它们分配相映的地址。
所以针对PC1总线结构设备的驱动程序主要开发步骤即:确定设备的PCI配置信息、确定设备的内部存储器、寄存器基地址及中断号、设备初始化、中断服务程序以及对设备的具体读写操作等。
每个PCI设备具有三种物理空间：存储器空间、1/O空间和配置空间。
配置空间是长度为256字节的一段连续的空间，其中前64字节为Header(头标)，其余192字节为设备相关信息，在64字节的Header中，前16字节的定义是确定的，后48字节的具体含义因设备而异。
驱动程序首先要找到所有驱动的板卡，确定对它的访问方式是内存映射还是I/O映射，这样驱动程序就可以直接使用这些地址进行操作。
4.驱动实现VxWorks下PCI设备驱动程序实现的过程可以概括为：调用系统函数查找到相应的设备，然后查询硬件设备上的资源信息，包括内存空间基地址、I/O空间基地址、中断向量等资源，如果有中断需要挂接中断服务程序，最后实现读写操作。
嵌入式系统中PCI总线仲裁器的设计与实现
嵌入式系统中PCI总线仲裁器的设计与实现PCI（Peripheral Component Interconnect）总线是现今最为流行的工业控制总线之一。
它广泛地应用在计算机中，并且由于众多厂商对PC]的良好支持，使得目前嵌入式设备中的很多解决方案都包含了PCI总线。
在多主设备的PCI系统应用中，必须为各个主设备提供仲裁授权信号。
很多厂家有针对性地发布了PCI仲裁逻辑的专用芯片或者集成了PCI仲裁逻辑的专用芯片，但使用不够灵活。
为了使PCI设备能够更方便地应用在嵌入式系统中，本文介绍了一种基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的PCI总线仲裁器的设计方法。
此方法可以为系统量身定制适合于系统本身的PCI总线仲裁器，而不必局限于特定芯片的要求，在体积、功能、成本等诸多方面都有很好的应用前景。
1 PCI总线仲裁简介1.1 PCI总线的仲裁原理PCI总线是一种共享式的总线，可以连接多个主设备，但由于数据传输的独占性，每一时刻只能由一个主设备占用总线。
因此，为了有效地利用PCI总线带宽，必须设置一个总线仲裁器，按照一定的算法协调系统中各个主设备的操作。
每个具备主设备功能的PCI设备必须提供两个与仲裁有关的信号：REQ#和GNT#。
其中REQ为请求总线信号，由需要发起PCI传输事务的设备发出;GNT#为总线授权信号，由PCI总线仲裁器裁决后给出。
接到GNT#信号的PCI设备将在下一次总线空闲后开始操作。
PCI总线仲裁的裁决过程可以在PCI传输期间完成，并不占用PCI总线的带宽，这称为隐式仲裁。
即需要发起PCI操作的设备可以随时发出请求REO，PCI仲裁器立即批准该请求并给出GNT。
但是真正的传输操作一定要等到当前传输完成，即总线空闲后才可以开始。
图l描述了PCI总线设备与仲裁器的关系。
1.2 PCI总线仲裁规则约定（1）仲裁器的仲裁算法必须保证所有的设备都能得到授权的机会，否则将会出现某个优先级低的设备永远不能占有总线进行事务操作的情况。
嵌入式驱动程序
Linux下PCI设备驱动程序开发一、PCI总线系统体系结构PCI是外围设备互连(Peripheral Component Interconnect)的简称，作为一种通用的总线接口标准，它在目前的计算机系统中得到了非常广泛的应用。
PCI提供了一组完整的总线接口规范，其目的是描述如何将计算机系统中的外围设备以一种结构化和可控化的方式连接在一起，同时它还刻画了外围设备在连接时的电气特性和行为规约，并且详细定义了计算机系统中的各个不同部件之间应该如何正确地进行交互。
无论是在基于Intel芯片的PC机中，或是在基于Alpha芯片的工作站上，PCI毫无疑问都是目前使用最广泛的一种总线接口标准。
同旧式的ISA总线不同，PCI将计算机系统中的总线子系统与存储子系统完全地分开，CPU通过一块称为PCI桥(Pci-Bridge) 的设备来完成同总线子系统的交互，如图1所示。
图1 PCI子系统的体系结构由于使用了更高的时钟频率，因此PCI总线能够获得比ISA总线更好的整体性能。
PCI总线的时钟频率一般在25MHz到33MHz范围内，有些甚至能够达到66MHz或者133MHz，而在64位系统中则最高能达到266MHz。
尽管目前PCI设备大多采用32 位数据总线，但PCI规范中已经给出了64位的扩展实现，从而使PCI总线能够更好地实现平台无关性，现在PCI总线已经能够用于IA-32、Alpha、PowerPC. SPARC64和IA-64等体系结构中。
PCI总线具有三个非常显著的优点，使得它能够完成最终取代ISA总线这一历史使命：■在计算机和外设间传输数据时具有更好的性能；■能够尽量独立于具体的平台；■可以很方便地实现即插即用。
图2是一个典型的基于PCI总线的计算机系统逻辑示意图，系统的各个部分通过PCI 总线和PCI-PCI桥连接在一起。
从图中不难看出，CPU和RAM需要通过PCI桥连接到PCI总线。
（即主PCI总线），而具有PCI接口的显卡则可以直接连接到主PCI总线上。
嵌入式系统中模块化驱动程序的设计
嵌入式系统中模块化驱动程序的设计一、嵌入式系统中模块化驱动程序概述嵌入式系统作为现代电子设备的核心，其设计和实现的复杂性随着功能的增加而不断上升。
在这样的背景下，模块化设计成为了提高开发效率、降低维护成本的重要手段。
模块化驱动程序设计是嵌入式系统中实现模块化的关键一环，它允许开发者将硬件驱动程序分解为的模块，以便于管理和重用。
1.1 模块化驱动程序设计的重要性模块化驱动程序设计对于嵌入式系统的重要性体现在以下几个方面：- 可维护性：模块化设计使得驱动程序的维护变得更加容易，因为每个模块都是的，可以单独进行更新和修复。
- 可扩展性：随着系统功能的增加，模块化设计允许开发者在不重写整个系统的情况下，添加新的硬件支持。
- 可重用性：模块化的驱动程序可以在不同的项目中重用，减少了重复工作，提高了开发效率。
1.2 模块化驱动程序设计的核心概念模块化驱动程序设计的核心概念包括：- 抽象：通过定义清晰的接口，将模块的实现细节隐藏起来，只暴露必要的功能。
- 低耦合：模块之间的耦合度应该尽可能低，以减少模块变更对整个系统的影响。
- 高内聚：每个模块应该具有高度相关的功能，以确保模块的性和完整性。
1.3 模块化驱动程序设计的应用场景模块化驱动程序设计在嵌入式系统中有广泛的应用场景，包括但不限于：- 多核处理器系统：在多核处理器系统中，模块化设计可以帮助开发者更好地管理不同处理器核心的驱动程序。
- 可穿戴设备：在可穿戴设备中，模块化设计可以使得设备更加灵活，容易适应不同的硬件配置。
- 物联网设备：物联网设备通常需要支持多种传感器和通信协议，模块化设计可以简化这些设备的驱动程序开发。
二、模块化驱动程序设计的实现策略模块化驱动程序设计的实现是一个复杂的过程，需要遵循一定的策略和步骤。
2.1 设计前的规划在设计模块化驱动程序之前，需要进行详尽的规划，包括：- 需求分析：明确系统需要支持的硬件设备和功能。
- 功能划分：根据需求分析的结果，将系统功能划分为不同的模块。
嵌入式Linux下PCI设备驱动的设计与实现
嵌入式Linux下PCI设备驱动的设计与实现袁爱平【摘要】PCI局部总线具有使用方便、数据传输率高等特点,已成为计算机必备的一种接口.Linux是一种日趋成熟完善的操作系统,越来越多的软硬件厂商开始使用Linux平台开发自己的产品,因而对基于该平台的设备驱动程序的需求也愈来愈多.介绍了Linux驱动程序开发的一般方法,并实现了流媒体数据缓存PCI卡在Linux环境下的驱动程序.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)012【总页数】2页(P9-10)【关键词】Linux操作系统；PIC总线；设备驱动；流媒体数据缓存卡【作者】袁爱平【作者单位】长沙民政职业技术学院软件学院，湖南长沙410004【正文语种】中文【中图分类】TP316随着通用处理器和嵌入式技术的迅猛发展，越来越多的电子设备需要由处理器控制。
目前大多数CPU和外部设备都会提供PCI总线的接口，PCI总线已成为计算机系统中一种应用广泛、通用的总线标准[1]。
Linux因其开放源代码以及稳定的性能，越来越受到广大用户青睐。
同时，基于Linux内核的嵌入式操作系统应用势头强劲，开发基于Linux的设备驱动程序，具有很强的实用性和可移植性[2]。
1 PCI总线概述PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，即外部设备互连，是现在流行的一种连接PC和外围设备的总线结构[3]。
PCI提供了一组完整的总线接口规范，可以在33 MHz时钟频率、32 bit数据总线宽度的条件下达到峰值132 Mb/s的传输速率;它能支持一种称为线性突发的数据传输模式，可确保总线不断满载数据；采用总线主控与同步操作，显著改善PCI的性能；PCI独立于处理器的结构，用户可随意增添外围设备，以扩展电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会导致性能下降。
2 PCI设备驱动程序的设计与实现Linux中将设备分成字符设备、块设备和网络设备三种类型，通过主设备号和从设备号实现对设备的描述。
基于PLC的嵌入式数控机床控制系统设计
基于PLC的嵌入式数控机床控制系统设计一、引言随着现代制造业的发展，数控机床在加工领域中的应用越来越广泛。
数控机床的控制系统是数控技术的核心，它直接影响着数控机床的性能和精度。
传统的数控机床控制系统一般采用PC或专用的控制器进行控制，但是由于PC系统的不稳定性和专用控制器的高昂成本，使得这些控制系统在一定程度上受到了限制。
近年来，基于PLC的嵌入式控制系统逐渐受到了广泛关注，它具有稳定性高、成本低等优点，逐渐在数控领域中得到应用。
本文将重点介绍基于PLC的嵌入式数控机床控制系统的设计原理和方法，希望能为相关领域的研究和实践提供一定的参考价值。
1. PLC的基本原理PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业控制的计算机，它通过输入输出模块与外部设备进行数据交换，并通过逻辑控制指令对外部设备进行控制。
PLC一般由CPU、输入模块、输出模块、通信模块等部分组成，其中CPU负责处理逻辑控制指令，输入模块负责将外部设备的信号输入到PLC中，输出模块则负责将PLC产生的控制信号输出给外部设备。
2. 嵌入式数控机床控制系统的基本原理嵌入式数控机床控制系统是指将数控系统的控制模块直接嵌入到数控机床的控制器中，与数控机床的其他部件进行紧密结合，以实现对机床的自动控制和运行。
嵌入式数控机床控制系统的基本原理是通过PLC作为控制模块，接收数控程序的指令，运行数控算法，生成控制信号并交给数控机床的执行部件，从而实现对数控机床的精密控制。
1. 总体设计在设计基于PLC的嵌入式数控机床控制系统时，首先需要对数控机床的控制要求进行分析，包括控制精度、速度要求、多轴控制要求等。
然后根据控制要求设计PLC的选型和相关外围设备的选择，确定PLC的输入输出模块、通信模块等。
2. 软件设计在软件设计方面，需要编写数控编程软件，以实现数控程序的输入、编辑和管理。
编写控制算法程序，根据数控程序生成相应的控制信号，实现对数控机床各轴的控制。
嵌入式系统中的驱动程序设计与优化
嵌入式系统中的驱动程序设计与优化嵌入式系统是现代电子技术中一类关键性的产品，其根据特定应用领域定制的硬件平台，以及具有特定功能的驱动程序，非常适合用于对数据进行采集处理、物体或事件的控制等场合。
嵌入式系统中的驱动程序可谓是关键中的关键，因为其直接影响了嵌入式系统的稳定性和性能。
本文将着重探讨嵌入式系统中的驱动程序设计与优化。
一、嵌入式系统的驱动程序在嵌入式系统中，驱动程序是一种特殊的软件。
其作用是向系统提供硬件相关的支持，并且使硬件具有完整的软件接口。
它是实现嵌入式系统底层功能的必要条件。
可以说，驱动程序是控制硬件的软件，掌控着开发板上的各种硬件组件，如：I/O 接口、串口、SPI、I2C、以太网卡、USB 等。
驱动程序将底层芯片中的操作指令转化成标准的 API 接口，使应用程序不需要关心底层驱动的实现方式，直接调用函数即可实现对硬件的操作。
驱动程序设计时需要注意以下几个关键点：1. 确认开发板的芯片型号及其接口对于嵌入式系统，首先需要确认的是芯片型号及其连接方式。
比如：常见的芯片有 ARM、MIPS、21XX、51、AVR、STM32 等，每个芯片都有自己的特性，需要开发人员针对其实际情况进行针对性的编程。
而在开发过程中，还需要考虑板子中各个芯片之间的通讯接口，如：UART、I2C、SPI、以太网、USB 等。
2. 确认硬件集成电路的特性开发人员需要在开始编写驱动程序时，首先通过寄存器分析、参考原始资料等方式，确认硬件集成电路的特性，包括芯片功能、寄存器的作用、位字段定义、寄存器状态、中断处理等方面。
3. 编写具有可移植性的驱动程序代码整个嵌入式系统的软件开发应遵循开放性、扩展性、通用性原则，将有些普适的编程模式和范式抽象成高可复用的程序模块，以提高代码的复用性和可维护性。
二、驱动程序的优化为提高嵌入式系统的性能和资源利用率，还需要对驱动程序进行优化。
1. 适量的硬件资源清单在嵌入式系统中，资源利用与可靠性之间需要进行折衷。
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其他设备的管理与控制 ， 使用高性能的嵌入式通信处 理芯 片 ＭＰ ８６ Ｃ ２０为 Ｃ Ｕ， 采用 Ｐ Ｉ ５ Ｐ 并 Ｃ９ ４为 Ｐ Ｉ 制 ０ Ｃ控 芯片， 其他部分 包括 Ｓ Ｒ Ｍ、ｌ ｈ存储器 、 Ｄ Ａ Ｆｓ ａ 时钟 、 复
短 了新技 术验证 和 实现 周期 。文 中提 出了一 种基 于 Ｓ Ａ嵌入 式 平 台的 Ｐ Ｉ 外部 设 备 互连 ） Ｃ Ｃ（ 设备 驱 动
设 计方 法 。介 绍 了该 平 台的 Ｐ Ｉ 线结构 、 Ｐ Ｉ Ｃ总 各 Ｃ 设备 的功 能及 其 驱动 程序 的设 计 流程 和 实现 过 程 。
该驱动设计具有模块化、 标准化 、 可移植等特点。 关 键词 ： Ｃ ；Ｃ 驱动 程序 ； Ｐ ＩＳ Ａ； 嵌入 式 系统 ； 无线通 信 系统
中图 分类 号 ： Ｎ ２ Ｔ ９
０ 引
言
计 。Ｓ Ａ最初 是美 军联合 战术 无线 电系统 为了开发 软 Ｃ
件可配置无线电台而设计 的独立于具体应用的软件无 线电体系结构 ， 目前已经被软件无线电论坛 （ Ｄ ｏ Ｓ ＲＦ— ｒｍ 采纳为软件无线 电商业应 用的标准。该系统硬 ｕ） 件结构如图 ｌ 所示。
传统的无线电信号处理 系统通常针对特定的通信 体制 、 特定的功能需求进行设计开发 ， 其缺点是系统成 本高昂 、 功能单一 、 维护升级 困难 ， 在通信领域不断推 陈出新的时代无法满足无线通信发展的需求。现代无 线电信号处理系统要求对各种通信体制具有最大的兼 容性 ， 以降低系统软硬件成本并 最大限度地避免频繁 更新换代造成的资源浪费。
圈 １ 无线 电信号处理 系统硬件结构
整个无线 电信号处理系统包括 Ｐ Ｃ机和 Ｓ Ａ嵌入 Ｃ
式平台两部分。嵌入式平台封装 于工控机箱中， 由主 控板和若干块 Ｃ Ｃ 设备插卡组成。为了实现系统模 ＰＩ 块 的软 硬 件 动 态 可 配 置 ， 入 式 平 台采 用 Ｃ Ｃ 总 线 嵌 ＰＩ 结构支持各板卡之间的通信。Ｃ Ｃ 即 Ｐ Ｉ ＰＩ Ｃ 总线 的加 固形式 ， 是先进的高性能局部总线 ， 支持热插拔 ， 适合
为核心器件 ，Ｃ９５ Ｐ Ｉ ４为 Ｐ Ｉ ０ Ｃ 控制芯片。硬 件尽可能 以通用可兼容方式设计插卡。软件上 ， 通过主控板对 从板动态加载算法的形式实现系统要求的功能。 该 无线 电信号 处理 系统 的软件体 系结构如 图２
・
１ 无线电信号处理 系统
该无线电信号处理系统根据 Ｓ Ａ ． Ｃ ３ ０规范进行设
雍 婷 ， 吴 宇 ， 辉 ， 熊 黄清艳
（ 国防科技 大学 电子 科 学与工程 学院 ， 湖南省 长 沙市 ４ ０７ ） １０３
摘 要 ： 了克服传统通信 系统成本 高昂、 为 功能单一、 维护升级困难等缺点，Ｃ （ Ｓ Ａ 软件通信体 系结 构） 采用标准化的软件构件 思想， 有效提 高了无线通信 系统的软件复用程度， 节省了设计开发成本 ， 缩
位、 电源 、 以太 网接 口、 Ｓ２２串行 口、 Ｐ Ｉ Ｒ －３ Ｃ Ｃ 连接 器 和
Ａ Ｇ端 口等。软件上 ， 主控板上使用了具有稳定性好 和实 时性强 的嵌 入式 操作 系统 Ｖ Ｗｏ 。 ｘ ￣ｓ Ｃ Ｃ 插 卡根据 实现 功能 的不 同 ， Ｄ Ｐ或 Ｆ Ｇ ＰＩ 以 Ｓ ＰＡ
ｒ 一 …ｊ
军… …一 … …
根据上述要求 ， 我们设计 了一个通用无线 电信号 处理系统。该 系统基于 Ｓ Ａ（ Ｃ 软件通信体 系结构 ） 规
范进行设计 ， 参考软件无线电思想 ， 采用开放式体系结 构， 具有标准化、 模块化 、 可移植等特点 。设计 中， 一方 面采用具有通用功能的硬件平 台， 将具体 的处理器抽 象为相应的对象进行管理和配置 ； 另一方 面使用面向 对 象 的思想 将整 个 系统 划 分 为 多个 功能 独 立 的 模块 ， 在充分考虑现有硬件发展水平基础上， 尽可能将各种 功能 模块 如 中频 变 换 、 带 处 理 、 信 协议 、 基 通 数据 格 式 转换等通过软件编程实现， 最终使用动态加载的方法 将不 同功能算 法装载到 系统 中相应 的处 理器 （ Ｐ Ｃ Ｕ、 Ｄ ＰＦＧ Ｓ 、Ｐ Ａ等） 使通用系统能够实现并兼容多种通 中，
收稿 日期 ： ０ ６０ －０ ２０ － １ ；修回 日期 ： ０６ １－６ ７ ２ ０ －０ １。
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通信技术 ・ 示 。每 块 Ｃ Ｃ 插 卡 以及 局 域 网上 的每 台 Ｐ ＰＩ Ｃ机 都 可 以 作 为 一 个 独 立 的 处 理 单 元 ， 个 Ｓ Ａ 软 件 在 整 Ｃ Ｃ Ｒ Ａ 中间件 的支 持 下分 布式 地 运 行 在 这 些 处理 单 ＯＢ 元上 。主控 板通 过设 备 代 理 向各 从 板 动态 加 载 算 法 ，
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第 ３ 卷第 ２ ３ 期
２０ ０ ７年 ２月
电 子 工 皇 曩
Ｅ ＥＣ ＲＯ Ｃ Ｅ Ｌ Ｔ ＮＩ ＮＧＩ ＥＥ Ｎ Ｒ
Ｖｏ． ３ Ｎｏ ２ １３ ．
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基 于 Ｓ Ａ 嵌 入 式 平 台的 Ｐ Ｉ 备 驱动设 计 Ｃ Ｃ 设
于工业 和嵌 入式 系统 应用 。 嵌 入 式 平 台 中 的 Ｃ Ｃ 板 卡 分 为 主控 板 和 Ｃ Ｃ ＰＩ ＰＩ
设备插卡。主控板是嵌入式平台的核心设备 ， 实现对
信模式和功能。本系统采用 Ｃ Ｃ （ ｏ ｐｃ Ｐ Ｉ 外部 Ｐ ＩＣ ｍ ａｔ Ｃ （ 设备互连 ） 总线结构 ， ） 以动态加载 Ｃ Ｃ 板卡的形式 ＰＩ