基于PowerPC的自环通信系统的BSP设计

 

　　嵌入式系统是一种对可靠性和实时性要求较高的专用计算机系统。PowerPC860能够提供良好的编程、编译、系统配置和调试环境，同时能在底层实现模块化和屏蔽化。VxWorks是32位的实时操作系统，支持32位以上的嵌入式处理器，如MIPS、ARM、PowerPC系列等。在VxWorks的开发环境Tornado中已集成了很多基于ARM和PowerPC系列的驱动模块，如网卡设备驱动、串口通信驱动、块设备驱动等。在Tornado系统中，已在串口通信通道SCC3设备上开发了基于UART协议的板级支持BSP。但由于UART协议没有数据差错校验处理，所以不能实现数据的可靠传输。本文基于HDLC协议，提出了通过SCC3端口发送和接收数据，其中SCC3的接收缓冲区不但包括发送缓冲区的数据内容，还包括16位或32位的CRC差错校验,实现了数据的高可靠性和实时性传输。PowerPC860的板级支持包BSP的设计是实现SCC自环通信系统开发及移植的重点，BSP 主要完成VxWorks 对专用目标板的支持。由于对硬件系统紧凑性和操作系统处理性能的要求，本BSP设计是在SCC3端口上采用NMSI方式实现的自环通信。

　　1 系统的BSP初始化方法

　　PowerPC860由其内核、系统接口单元和通信处理模块CPM三部分组成。其中通信处理模块可以在不同的设备上发送和接收信息，还可以在CPM的串口通信通道SCC上实现不同协议的传输。一个BSP 包括硬件初始化、中断处理和产生、硬件时钟管理、本地和总线内存空间映射,同时也包含定制VxWorks 映像。目标板初始化和驱动程序设计是SCC3端口实现HDLC协议自环方式通信的关键和难点。通常，BSP提供的功能有：初始化（CPU初始化、目标板初始化、内核初始化）和驱动程序支持。驱动程序负责硬件设备的初始化，并与设备交互实现系统对设备功能的调用。本文提出的BSP设计特点是基于HDLC模式对SCC3通道初始化以及存储区的初始化配置，并采用中断控制提高数据传输效率。该BSP能够提供标准接口，包括设备初始化、设备的启动和停止、设备状态查询、中断和查询方式下发送和接收数据，从而实现底层模块化及提高数据处理效率。

　　1.1 对自环通信的SCC3初始化的硬件设计

　　配置发送与接收所用的波特率发生器，将SCC3的收发时钟分别配置成内部时钟和外部时钟；将SCC3配置成NMSI模式，初始化SDCR寄存器。在函数sccIoctl中，模式为16位CRC寄存器的设置如下：

sccIoctl(SCC_CHAN*pChan，int com，int arg){if(arg==CRC16_MODE){ pChan->hdlc.pSccReg->psmr&=~0x0800；pChan->hdlc.pScc->c_mask=CRC16_MASK；pChan->hdlc.pScc->c_pres=CRC16_PRES；}return (status)；}

　　1.2 对初始化SCC3的软件设计

　　SCC3的初始化包括参数RAM和收发缓冲区描述符BD的初始化。IMMR寄存器的值是内存基址，其中内存包括寄存器基址和收发缓冲区描述符BD等。设置Rx和TxBD表的基址相对于双端口RAM的偏移量；设置Rx和Tx的函数代码；在MRBLR中设置接收缓存的最大空间；设置收发缓冲区描述符BD表基址相对于IMMR寄存器中值的偏移量。收发缓冲区描述符BD对Buffer结构进行描述，包括对Buffer的状态statusMode(即是否为空)、长度dataLength和指针dataPointer的描述。收发缓冲区描述符BD初始化过程如下(其中MAX_RXBD_

　　NUM为最大接收缓冲区描述符BD数，MAX_BUF_SIZE为最大接收Buffer数目)：

static void InitBDs(void){int i=0；/*pRxBuffer是Buffer的首地址*/for (i=0；i{RecvBD[i]->statusMode=0x0000；RecvBD[i]->statusMode|=(BD_RX_EMPTY_BIT)；RecvBD[i]->dataLength=0；RecvBD[i]->dataPointer=(u_char*)(pRxBuffer+i*MAX_BUF_SIZE)；}}

　　2 自环方式通信系统的驱动设计

　　由于系统在自环通信方式下工作，所以SCC3的参数RAM、收发缓存区描述符等的内存地址设计、UART协议和HDLC协议的驱动设计方法、自环通信和多通道通信方式设计将发生根本变化。因此系统设备驱动程序需编写具有相应特点的设备函数。

　　(1)接收函数sccPollInput()的设计。

　　正式读入数据前，必须先检测帧开始标志，并匹配地址，然后决定是否进入接收状态。进入接收状态后，首先提取RxBD的状态模式字节，若接收未准备好，则继续等待；若已准备好，则开始接收。由于一个数据包可以放置于多个缓存，所以检测RxBD状态模式字节的L位，以判断是否为本帧的最后一个缓存。如果不是，则关闭这个缓存，处理下一个缓存描述字；如果是，则接收完最后一个缓存的数据后结束接收过程。对于最后一个buffer，需要检测是否有接收错误。下面举例说明SCC3的一个接收缓冲区描述符BD所描述的5个Buffer的数据接收过程，如图1所示。该例设节点地址STADDR为0x1999，最大Buffer接收数MAX_BUF_SIZE为5，接收缓存地址pRxBuffer，连续接收发送缓存区数据66，XmitBD[0]->dataPointer为首地址pRxBuffer赋值。

　　接收Buffer的数据结构和实现接收数据的基本过程如下：

#define MAX_BUF_SIZE 5#define STADDR 0x1999typedef struct{SCC_HDLC_BUF*pTxBuffer；SCC_HDLC_BUF*pRxBuffer；}SCC_HDLC_DEV*pRxBuffer =XmitBD[0]->dataPointer；*pRxBuffer=(STADDR%256)；*pRxBuffer=pRxBuffer +1；*pRxBuffer=(STADDR/256)；pRxBuffer=pRxBuffer +1；for(index=2；index_BUF_SIZE；index++)　　　　{*pRxBuffer=0x66；pRxBuffer=pRxBuffer+1；}

　　(2)发送函数sccPollInput( )的设计。

　　设计方法同接收函数相似，但对于最后一个Buffer，需要检测是否有发送错误，并以剩下的实际数据长度作为发送帧中数据段的长度发送。

　　(3)设备控制函数sccIoctl（）和数据发送函数sccStartup( )的设计。

　　sccIoctl（）函数用于设备工作模式配置和参数读取。其中包括工作模式、通信速率、节点地址、CRC模式、最长帧等。轮询模式下的收、发消息不需外部消息激励，减少了任务的相互调度，可以用taskDelay实现 ，但是效率较低。sccStartup( )是中断方式下的数据发送函数，设计要求在sysHwInit2( )函数中用接口inConnect( )实现关联sccStartup( )和ISR。

　　本文是在CS860板的SCC3设备上开发支持标准HDLC点对点通信协议的BSP，它实现了数据的高可靠和实时性传输。基于Vxworks 操作系统的HDLC协议自环通信，按一定的步骤分阶段编码调试实现。开发步骤包括：建立开发环境、编写初始化代码驱动、调试BSP等。通过测试程序实现了在查询及中断方式下发送和接收数据，在超级终端设置和查看工作模式、通信速率、节点地址、CRC模式，最长帧等，并设有收发是否正常及错误类型告警提示。通过硬件配置和程序调试，本文的BSP能在PowerPC860的其他SCC上移植。

　　参考文献

　　1 Motorola Company.The MPC860 PowerQUICC TrainingCDROM [EB/OL].America，Motorola，2004

　　2 李方敏.VxWorks高级程序设计[M].北京：清华大学出版社，2004

　　3 周启平.VxWorks下设备驱动程序BSP及开发指南[M].北京：中国电力出版社，2004

　　4 张昆藏.计算机组织与结构——性能设计(第五版)[M].北京：电子工业出版社，2004