ARM嵌入式系统中双口RAM的驱动开发及应用

接口 简 单， 使 用 方 便， 此 类 芯 片已 经 广 泛应 用 于 嵌入 式 领 域， 为 ＲＡＭ。ＣＹ７Ｃ０２７ 的两个端口各有一套控制线（ｎＣＥ 片选， ｎＯＥ 输
处理器间的通信提供了很好的解决方案。本文在 ＡＴ９１ＲＭ９２００ 出使能， Ｒ／Ｗ 读写信号）控制两个端口独立地对片上资源进行访
用 户 空 间的 命 令 写入 ＤＰＲＡＭ 右 端 邮箱 以 及 响应 ＤＰＲＡＭ 产 生
的中断并唤醒读进程。驱动程序整体结构框图见图 ２。具体的
ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ 结 构 被 初 始 化 为 ： ｓｔｒｕｃｔ ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ
ｄｐｒａｍ＿ｆｏｐｓ＝｛
．ｏｗｎｅｒ ＝ ＴＨＩＳ＿ＭＯＤＵＬＥ，
２ 模块整体架构
在本 文 应 用 中 ， ＡＲＭ 作 为 主 控 制 器 ， ＤＰＲＡＭ 作 为 ＡＲＭ 处
信号； 当右端读取邮箱时， 中断信号被清除。同理， 右端也可以 写左端邮箱 ７ＦＦＥ 使左端产生中断 信 号。利 用 这 种机 制 就 可以 方便地实现左右端口的信息交流。
理 器 与 前 端 数 据 源 之 间 的 通 信 桥 梁 。数 据 源 端 从 传 感 器 获 得 数 据 ， 通 过 ＣＰＬＤ 产 生 读 写 时 序 写 入 ＤＰＲＡＭ 中 的 两 个 区 ， ＡＲＭ
中图分类号： ＴＰ３６８．１
文献标识码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： ＲＩＳＣ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＲＭ ａｒｅ ｗｉｌｄｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔｏｏｋ ＡＴ９１ＲＭ９２００ ａｓ ｓｙｓｔｅｍ ｐｌａｔ－
高速不间断的数据传输， 传统的传输方式或者速度不够， 或者 控制器等丰富的外设， 比较适合本文的应用。
容易受外界干扰， 或者容易丢失数据。因此我们常采用双端口
本 应 用 选 用 的 ＣＹ７Ｃ０２７ 是 ＣＹＰＲＥＳＳ 公 司 采 用 ０．３５－ ｍｉ－
ＲＡＭ（Ｄｕａｌ－ Ｐｏｒｔ ＲＡＭ 即 ＤＰＲＡＭ）作为数据传输的桥梁。由于其 ｃｒｏｎＣＭＯＳ 工 艺 生 产 的 一 款 高 性 能 ３２Ｋ ｘ １６ｂｉｔ 双 端 口 静 态
实 时 数 据 接 口 ， 针 对 双 口 ＲＡＭ 的 “乒 乓 ”传 输 方 式 在 Ｌｉｎｕｘ２．６ 下 设 计 并 开 发 了 其 驱 动 程 序 ， 最 终 实 现 了 数 据 源 与 处 理 器 间 不
间 断 、快 速 的 数 据 传 输 。
关键词：嵌入式系统； 双端口 ＲＡＭ； Ｌｉｎｕｘ２．６； 驱动程序
针 ； ＳＡ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ 表 示 这 是 一 个 “快 速 ”中 断 处 理 例 程 ， 它 运
行在中断禁用的状态下。这样做是因为并没有其他设备共享
ＩＲＱ０； ”ｄｐｒａｍ”表示中断的拥有者， 这可以 在／ｐｒｏｃ／ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｓ 中 显
示； 最后的 ＮＵＬＬ 表示没有强制使用共享方式。在装载驱动模块
ｕ１６ ＊ｒｅｍａｐｂｕｆ； ／／经过映射的虚拟地址
在 ｄｐｒａｍ＿ｏｐｅｎ 中使用 ｒｅｍａｐｂｕｆ
＝ｉｏｒｅｍａｐ
（ＤＰＲＡＭ＿ＢＡＳＥ＿ＡＤＤＲ， ＤＰＲＡＭ＿ＳＩＺＥ）；进 行 物 理 地 址 到 虚 拟 地
址的映射。此后就可通过访问虚拟地址 ｒｅｍａｐｂｕｆ 来读写实际的
ＤＰＲＡＭ 空间了。 ３．３ 中断处理及乒乓操作机制
．ｒｅａｄ ＝ ｄｐｒａｍ＿ｒｅａｄ
／／用户读 ＤＰＲＡＭ 接口，
．ｗｒｉｔｅ ＝ ｄｐｒａｍ＿ｗｒｉｔｅ，
／／用户写 ＤＰＲＡＭ 接口
．ｉｏｃｔｌ ＝ ｄｐｒａｍ＿ｉｏｃｔｌ，
／／用 户 下 传 命 令 接 口
．ｏｐｅｎ ＝ ｄｐｒａｍ＿ｏｐｅｎ，
／／打开 ＤＰＲＡＭ 设备
．ｒｅｌｅａｓｅ ＝ ｄｐｒａｍ＿ｒｅｌｅａｓｅ，｝； ／／关闭 ＤＰＲＡＭ 设备
址到虚拟地址的映射， 这个工作在每次打开设备时执行。对于
所需要用到的地址资源和数据结构定义如下：
＃ｄｅｆｉｎｅ ＤＰＲＡＭ＿ＳＩＺＥ ０ｘ１００００／／ＤＰＲＡＭ 大小为 ３２ｋ 乘 １６ 位
＃ｄｅｆｉｎｅ ＤＰＲＡＭ＿ＢＡＳＥ＿ＡＤＤＲ ０ｘ５０００００００
ｕ１６ ｂａｎｋｆｌａｇ＝０ｘ００００； ／／ＤＰＲＡＭ 分区标志
时进行的注册和申请， 必须在卸载模块时注销。即在 ｄｐｒａｍ＿ｅｘｉｔ
函数中执行 ｕｎｒｅｇｉｓｔｅｒ＿ｃｈｒｄｅｖ 和 ｆｒｅｅ＿ｉｒｑ 来释放资源。
３．２．３ 虚拟地址资源的分配
在 Ｌｉｎｕｘ 中， 无法直接访问某一物理地址空 间， 而 是 必 须访
问 经 过 映 射 的 虚 拟 地 址 。 在 ｄｐｒａｍ＿ｏｐｅｎ 例 程 中 实 现 了 物 理 地
处理器平台的基础上， 通过双口 ＲＡＭ ＣＹ７Ｃ０２７ 与数据源 进 行 问。最高的两个地址（７ＦＦＥ 和 ７ＦＦＦ）作为左右两端的邮箱。当左
通信，并描述了在嵌入式 Ｌｉｎｕｘ２．６ 中其驱动程序的开发过程。 端向 右 端邮 箱 ７ＦＦＦ 写 入 １６ｂｉｔ“信 件 ”时 ， 在 右 端 产 生 ＩＮＴ 中 断
（１．中国科学院声学研究所； ２ ．中国科学院研究生院）张 震 １ ，２ 李 淑 秋 １
ＺＨＡＮＧ ＺＨＥＮ ＬＩ Ｓ ＨＵＱＩＵ
摘要：基 于 ＡＲＭ 的 ＲＩＳＣ 处 理 器 广 泛 应 用 于 各 种 数 字 系 统 中 ．本 文 以 ＡＴ９１ＲＭ９２００ 为 系 统 平 台 ， 设 计 了 一 种 基 于 双 口 ＲＡＭ 的
嵌入式 开 发 板 ： 包 含 ＡＲＭ７、ＡＲＭ９、Ｘｃａｌ、ＣＰＵ 为 核 心 的 教 学 开发板和企业评估板；
嵌入式工控板： 以工业级嵌入式微控制器为核心的数据采集 和 现 场 控 制 、远 程 通 讯 为 一 体 的 高 端 工 业 控 制 产 品 。
核心板： 提供模块化构建嵌入式系统、快速开发、轻松定制。 公司目前已形成以产品为主导， 以技术服务为支撑的产品研 发 、销 售 、服 务 体 系 。
ＡＲＭ 开 发 与 应 用
文章编号：１００８－ ０５７０（２００７）０３－ ２－ ０１３４－ ０３
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 嵌 入 式 与 Ｓ ＯＣ ）２００７ 年 第 ２３ 卷 第 ３－２ 期
ＡＲＭ嵌入式系统中双口 ＲＡＭ 的驱动开发及应用
Ａｐ ｐ ｌｉｃａ ｔｉｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｒｉｖｅ ｒ ｄ ｅ ｖｅ ｌｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ｕ ａ ｌ－ ｐ ｏ ｒｔ ＲＡＭ ｉｎ ｅ ｍ ｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
像常规文件一样看待， 它们可以使用和操作文件相同的， 标准
的系 统 调 用来 进 行 打开 、关 闭 和读 写 。用 户程 序 通 过相 应 的 系
统调用来访问硬件设备， 设备驱动程序的作用正是为这些系统
调用提供接口。对于本应用， 驱动程序实现的主要功能有： 读
ＤＰＲＡＭ 数 据至 用 户 空间 、把 用 户空 间 的 数据 写 入 ＤＰＲＡＭ、把
技
为了实现数据的实时传输， 保证数据读取的连续性， 防止因
术 ＤＰＲＡＭ 两端设备速度不一致而产生冲突或丢失数据。系统采用
了“乒乓操作”的读取机制。将 ＤＰＲＡＭ 的空间分为两个区： ｂａｎｋ１
创 和 ｂａｎｋ２。其中 ｂａｎｋ１ 的起始地址为 ｒｅｍａｐｂｕｆ， ｂａｎｋ２ 为 ｒｅｍａｐ－
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《现场总线技术应用 ２００ 例》
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ＡＲＭ 开 发 与 应 用
ＣＹ７Ｃ０２７ 提 供 一 个 驱 动 程 序 。 在 Ｌｉｎｕｘ 中 ， 所 有 的 硬 件 设 备 都
式系统中。在很多嵌入式应用场合中， 需要处理器间进行实时
另 一 方 面 ， ＡＲＭ 从 以 太 网 获 得 远 端 处 理 机 下 达 的 命 令 ， 解 析 后 通 过 ＤＰＲＡＭ 转 达 给 前 端 的 ＣＰＬＤ， 使 数 据 源 采 集 端 执 行 相应的命令。系统连接方式如图 １：
ＡＲＭ 处 理 器 选 用 ＡＴ９１ＲＭ９２００， 这 是 一 款 ＡＲＭ９２０Ｔ 核 心 的处理器， 工作时钟 １８０ＭＨｚ 时可达到 ２００ＭＩＰＳ。它拥有以太网
技 ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｗａｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ， ｄｕａｌ－ ｐｏｒ ｔ ＲＡＭ， Ｌｉｎｕｘ ２．６， ｄｒ ｉｖｅｒ
术
创
１ 引言
基 于 ＡＲＭ 技 术 的 ３２ 位 ＲＩＳＣ 处 理 器 由 于 具 有 高 性 能 、高
新 集成 、低功 耗 、外 设丰 富 、指 令精 简 的 优点 广 泛 应用 于 各 种嵌 入
ｆｏｒｍ， ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａ ｒｅａｌ － ｔｉｍｅ ｄａｔａ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｕａｌ － ｐｏｒｔ ＲＡＭ （ＤＰＲＡＭ）， ａｎｄ ａｌｓｏ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｆｏｒ Ｌｉｎｕｘ ２．６ ｔｏ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ “Ｐｉｎｇ－ Ｐｏｎｇ” ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＤＰＲＡＭ． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ， ｃｏｎｔｉｎｕｅｓ ａｎｄ ｆａｓｔ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄａｔａ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ
图 ２ 驱动程序整体结构框图（箭头表示控制流） ３．２ 设备初始化 在使用设备之前， 要对设备进行初始化。包括配置 ＡＲＭ 接 口 寄 存 器 、注 册 设 备 、申 请 中 断 和 分 配 虚 拟 地 址 资 源 。其 中 配 置 寄 存 器 和 注 册 申 请 工 作 在 模 块 加 载 的 时 候 在 ｉｎｉｔ＿ｄｐｒａｍ 中 实 现 ， 而 分 配 资 源 的 工 作 在 每 次 打 开 设 备 的 时 候 在 ｄｐｒａｍ＿ｏｐｅｎ 中实现。 ３．２．１ 配置接口寄存器 ＡＴ９１ＲＭ９２００ 具 有 一 个 ＥＢＩ（外 部 总 线 接 口）可 以 方 便 地 连 接各种存储设备。ＤＰＲＡＭ 属于静态存储器， 可以使用 ＥＢＩ 接口 中的 ＳＭＣ（静 态存 储 器 控制 器）来 控制 读 写 。 根 据 ＡＴ９１ＲＭ９２００ 的 地 址 空 间 分 配 ， ＤＰＲＡＭ 由 片 选 信 号 ＣＳ４ 使 能 ， 起 始 地 址 为 ０ｘ５０００００００。 因 此 在 初 始 化 程 序 ｉｎｉｔ＿ｄｐｒａｍ 中 ， 设 置 ＡＲＭ 的 ＥＢＩ＿ＣＳＡ（片 选 任 务寄 存 器）的 ＣＳ４ 段 为 静 态 存 储 器 功 能 。 配 置 ＥＢＩ＿ＳＭＣ２＿ＣＳＲ （片选寄存器 ４）， 设定适当的等待周期数（１ 个周 期）和 总 线宽 度（１６ 位），便可 以 利 用 ＣＳ４ 选 中 ＤＰＲＡＭ， ＳＭＣ 根 据 设置产生读写波形。 ３．２．２ 注册设备与申请中断 在 初 始 化 程 序 ｉｎｉｔ＿ｄｐｒａｍ 中 ， 我 们 用 ｒｅｇｉｓｔｅｒ＿ｃｈｒｄｅｖ 将 ＤＰＲＡＭ 注 册 为 一 个 字 符 型 设 备 。 为 了 实 现 命 令 传 递 ， ＤＰＲＡＭ 的左端口 ＩＮＴ 脚连接到了 ＡＴ９１ＲＭ９２００ 的 ＩＲＱ０ 脚， 因 此 我 们 还必须为设备申请相应的中断资源。使用如下函数： ｍｙｉｒｑ ＝ｒｅｑｕｅｓｔ＿ｉｒｑ （ＡＴ９１Ｃ＿ＩＤ＿ＩＲＱ０， ｄｐｒａｍ＿ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ， ＳＡ＿ＩＮＴＥＲＲＵＰＴ， ＂ｄｐｒａｍ＂， ＮＵＬＬ）； 其 中 ＡＴ９１Ｃ＿ＩＤ＿ＩＲＱ０ 是 ＡＴ９１ＲＭ９２００ 中 ＩＲＱ０ 所 对 应 的 中 断 号 ； ｄｐｒａｍ＿ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ 是 我 们 自 己 编 写 的 中 断 处 理 函 数 的 指