μClinux是針對嵌入式控制領域的操作系統(tǒng)，它繼承了Linux內(nèi)核的絕大部分特性,，專為沒有內(nèi)存管理單元MMU的嵌入式微處理器而設計,。它內(nèi)核小，效率高,，源代碼開放，包含了完整的TCP／IP網(wǎng)絡協(xié)議,。ADSP-BF533是ADI公司Blackfin系列的高速數(shù)字信號處理器芯片,。Blackfin系列是ADI與Intel聯(lián)合開發(fā)的體現(xiàn)高性能體系結(jié)構(gòu)的首款第四代DSP產(chǎn)品，16位定點DSP內(nèi)核,，新型指令結(jié)構(gòu),，支持C／C++編程，主頻達600 MHz,，內(nèi)核電壓1．2V,，具有動態(tài)電源管理能力，功耗低,，擴展能力強,，被廣泛應用于各種信號處理。

　　這里使用基于Blackfin ADSP-BF533微處理器的μClinux開發(fā)板，在對外通信時需用到USB接口,。結(jié)合實際情況,，選擇FTDI公司推出的USB芯片F(xiàn)T245BL。主要介紹USB芯片F(xiàn)T245BL的工作原理和電路設計,，以及如何在μClinux操作系統(tǒng)下編寫和添加其驅(qū)動程序的方法,。

　　1 FT245BL工作原理與電路設計

　　傳統(tǒng)USB芯片要求設計人員對USB的標準、Firmware編程及驅(qū)動程序的開發(fā)等有較深入的理解,，工作量大,，開發(fā)周期長，需要經(jīng)驗豐富的設計者才能完成,；而FTDI(Future Technology Devices Intl.Ltd．)公司推出的USB芯片F(xiàn)T245BL集成了微控制器,，并且把實現(xiàn)USB通信協(xié)議的固件程序直接固化在芯片中，同時提供了PC端的沒備驅(qū)動程序,，用戶只需進行必要的硬件設計和簡單的軟件編程,，所以大大降低了開發(fā)難度。

　　1．1 功能結(jié)構(gòu)

　　FT245BL是FTDI公司的一款并行FIFO雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB芯片,，對于微處理器它提供8位并行數(shù)據(jù)總線D0～D7,，對于外部主機是標準串行總線或虛擬接口，其數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達1 MB／s,，提供USBl．1／2．O規(guī)范的全速物理接口,，支持UHCI／OHCI／EHCI主控制器。

　　FT245BL芯片的內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示,，芯片主要由3．3V穩(wěn)壓器,、USB收發(fā)器、串行接口引擎(SIE),、USB協(xié)議引擎和先進先出(FIFO)控制器,、6MHz振蕩器、8×倍頻器,、USB鎖相環(huán),、復位器、EPROM接口等構(gòu)成,。其內(nèi)部設置了2個FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，一個是128B的接收緩沖區(qū)；一個是384B的發(fā)送緩沖區(qū),。串行接口引擎用來完成USB數(shù)據(jù)的串／并雙向轉(zhuǎn)換,；USB協(xié)議引擎用于管理來自USB設備控制端口的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)USB主機控制器需要的USB底層協(xié)議,。

　　1．2 工作原理

　　DSP與FT245BL接口框圖如圖2所示,。主板CPLD用AMS[0：3]和高5位地址線(A19～A15)進行譯碼,；FT245BL的TXE和RXF信號在查詢地址有效時，通過DSP讀取其狀態(tài),，判斷是否發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù),；TXE用于判斷發(fā)送FIFO是否滿，0為不滿,，1為滿,，當TXE為0時，外部DSP向發(fā)送FIFO緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù),，直到發(fā)送數(shù)據(jù)全部寫入,；RXF用于判斷接收FIFO是否有數(shù)據(jù)，只要數(shù)據(jù)個數(shù)≥1,，RXF就為低,，通知DSP可以讀取數(shù)據(jù)。FT245BL的RD和WR信號在讀寫地址有效時,，分別與DSP的ARE和AWE相連,，DSP可以讀取接收數(shù)據(jù)和寫入發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　1．3 電路設計

　　FT245BL芯片使用主板上的3．3V和5V電源供電,，主板對外作為一個USB設備,。USB總線的電源線連接在芯片的復位引腳RESET上，這樣保證了USB芯片平時處于復位狀態(tài),。

　　當USB總線連接到主機時,，電源線變高，RESET變高,，最終導致RSTOUT變高,，由于USBDP引腳配置了一個1．5kΩ的上拉電阻連到RSTOUT引腳，使得芯片以全速狀態(tài)連接到主機,。FIFO控制器接口包括8位數(shù)據(jù)線D7～D0,、讀RD、寫WR,、發(fā)送使能TXE,、接收完畢RXF的5個信號。由于FT245BL芯片沒有片選線,，所以信號都是經(jīng)過主板CPLD內(nèi)部的譯碼電路處理后才連接的,。DSP采用中斷機制讀取FIFO的數(shù)據(jù),，所以將RXF連接DSP的可編程端口(PF3),，用以產(chǎn)生中斷。

　　2 FT245BL驅(qū)動程序的編寫

　　這里以ADI公司的ADSP-BF533為例,，介紹USB接口芯片F(xiàn)T245BL在μClinux下驅(qū)動程序的編寫,。依據(jù)FT245BL芯片的結(jié)構(gòu)和接口設計,，決定將其作為字符設備來開發(fā)它的驅(qū)動程序。所用開發(fā)平臺的硬件結(jié)構(gòu)如下：

　　2．1 確定設備的設備名稱和主設備號

　　主設備號是內(nèi)核識別不同類型設備的惟一標識,，內(nèi)核利用主設備號將設備與相應的驅(qū)動程序?qū)饋?。開發(fā)新的驅(qū)動程序，必須找到一個還未被使用的主設備號,，分配給自己的字符設備,。主設備號的確定可以通過兩種方法：一是靜態(tài)定義；二是動態(tài)分配,。該驅(qū)動采用的是靜態(tài)主設備號,，在ft245b1．C文件中直接定義設置為254，#define ft245bl_major 254,。

　　2．2 確定編寫需要的file-operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的功能函數(shù)

　　該驅(qū)動文件ft245b1．C中定義的file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

　　2．3 設備的注冊與注銷

　　設備驅(qū)動在調(diào)用前必須首先向系統(tǒng)注冊,，這時就執(zhí)行加載函數(shù)static int_init ft245bl_init(void)。該函數(shù)的核心語句是register_chrdev(ft245bl_major,，F(xiàn)T245BL_DEV,，&ft245bl_fops)字符注冊函數(shù)。其中,，ft245bl_major是設備驅(qū)動向系統(tǒng)申請的主設備號,；FT245BL_DEV是USB設備的名稱；ft245bl_fops是之前定義為file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各個功能函數(shù)的文件指針,。該函數(shù)返回值為0,，表示注冊成功；返回-INVAL,，表示申請的主設備號非法,；返回-EBUSY，表示該設備號正在使用,。設備注冊成功后,，設備名會出現(xiàn)在系統(tǒng)的／proc／devices文件中。

　　設備有注冊就有卸載,，卸載字符設備需要調(diào)用函數(shù)unregister_chrdev(ft245bl_major,，F(xiàn)T245BL_DEV)，參數(shù)有主設備號和設備名兩個,，USB退出驅(qū)動,，用staticvoid_exit ft245bl_exit(void)函數(shù)。

　　2．4 編寫相應的功能函數(shù)

　　對于每一個設備驅(qū)動程序來說,，都有一些與此設備密切相關(guān)的功能函數(shù),，通常對于塊設備或者字符設備來說，都存在著諸如打開,、關(guān)閉,、讀,、寫這一類的操作。當進行系統(tǒng)調(diào)用時,，將自動地使用驅(qū)動函數(shù)中特定的函數(shù)來實現(xiàn)具體的操作,。打開函數(shù)open()主要完成以下操作，即檢查設備錯誤(諸如設備未就緒或相似的硬件問題),，如果是首次打開,，則初始化設備；讀取次設備號,；分配和填寫要放在file→private-data內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),；增加使用計數(shù)。讀函數(shù)read()用來從外部設備中讀取數(shù)據(jù),，當其為NULL指針時,，將引起read()系統(tǒng)調(diào)用返回-EINVAL(“非法參數(shù)”)。函數(shù)返回一個非負值表示成功地讀取了多少字節(jié),。寫函數(shù)write()向外部設備發(fā)送數(shù)據(jù),，如果沒有這個函數(shù)，返回一個-EINVAL,；如果返回值非負,，就表示成功寫入的字節(jié)數(shù)。當設備被關(guān)閉時調(diào)用release()這個操作,，有時也稱為close(),。它應該完成以下操作：使用計數(shù)減1;釋放open分配在file→rivate-data中的內(nèi)存；在最后一次關(guān)閉操作時關(guān)閉設備,。下面是FT245BL驅(qū)動程序讀函數(shù)read()的實現(xiàn)：

　　讀取函數(shù)ft245bl_read通過判斷USB芯片RXF管腳的狀態(tài)來處理接收到的數(shù)據(jù),，如果RXF為0，表示接收緩沖區(qū)(RX FIFO)中至少有1個數(shù)據(jù),，處理器讀取一個數(shù)據(jù)后重新回到判斷,；如果RXF為1，表示芯片沒有接收到數(shù)據(jù),，這時程序啟動中斷等待事件函數(shù)wait_event_interruptible,，內(nèi)核從USB設備驅(qū)動中釋放出來，運行其他程序,，直到有新的數(shù)據(jù)到來時,，內(nèi)核首先執(zhí)行中斷處理函數(shù)ft245bl_rx_handler，將中斷標志位irqflag置1,，喚醒等待隊列ft245bl_waitqueue,，然后再回到讀取函數(shù)中繼續(xù)運行。

　　2．5 中斷處理

　　設備驅(qū)動程序通過調(diào)用中斷申請函數(shù)申請中斷,，其格式為：

　　函數(shù)調(diào)用成功返回0值,，返回-INVAL表示中斷號超出范圍或者handler=NULL；返回-BUSY表示中斷已經(jīng)被占用且不能共享,。其中,，handler是中斷處理子程序指針，中斷產(chǎn)生時自動調(diào)用該函數(shù),；參數(shù)irq為中斷號,；pt_regs為中斷發(fā)生之前寄存器的映像，很少使用,；irqflags控制中斷行為,。irqflags=SA_INTER-RUPT表示它在運行時將禁止所有的中斷；irqflags=SA_SHIRQ表示共享此中斷處理程序,；devname為設備名稱,；dev_id用于支持中斷的共享，它將作為第2個參數(shù)傳遞給中斷處理函數(shù),，可以利用它來傳遞一些必要的信息,。該中斷處理程序如下：

　　3 實現(xiàn)驅(qū)動程序的加載

　　驅(qū)動程序可以按照兩種方式編譯：一種是靜態(tài)編譯進內(nèi)核；另一種是編譯成模塊以供動態(tài)加載,。該設備驅(qū)動程序采用靜態(tài)編譯進μClinux內(nèi)核,。下面以在嵌入式μClinux系統(tǒng)中需新增一個USB字符型設備FT245BL為例，介紹設備驅(qū)動程序的添加的一系列步驟,。

　　3．1 配置相關(guān)信息

　　首先,，將編寫好的驅(qū)動程序復制到μClinux系統(tǒng)的文件目錄中。新建ft245bl目錄統(tǒng)一管理USB設備的驅(qū)動文件包括C文件,、頭文件,、編譯文件、配置文件,，存放于目錄μClinux-dist／linux-2．6．x／drivers／char／下,，在ft245bl下新建Makefile，并在下面兩個編譯文件中添加編譯指令：

　　在ft245bl下新建配置文件Kconfig,，添加驅(qū)動名FT245BL_DRIVER,、菜單選項名稱USB ft245bl Driv-er、菜單有效選項DRIVER_FT245BL及驅(qū)動說明,，代碼如下：

　　第1項是μClinux系統(tǒng)為設備驅(qū)動創(chuàng)建的驅(qū)動文件名及所在目錄,；第2項是設備類型；第3項是設備驅(qū)動文件的權(quán)限,；第4,，5項分別為用戶ID和組ID；第6,，7項為主設備號和次設備號,；第8,，9，10項分別為次設備號的起始號碼,、增量和數(shù)量,。

　　3．2 編譯驅(qū)動程序

　　在／home／μClinux／μClinux-dist目錄下運行make menueonfig進行配置，在字符設備選項中可以看見剛剛添加的FT245BL Driver選項,，選中它,。通過make的一系列編譯，所有內(nèi)核和應用程序源代碼將被編譯,，編譯結(jié)束后將產(chǎn)生二進制文件uImage,。

　　3．3 加載驅(qū)動程序

　　這里的BF533主板中數(shù)據(jù)存儲器SDRAM大小為32MB，地址為0～Ox02000000,；異步存儲區(qū)BootFLASH大小為4MB,，地址為0x20000000～0x203FFFFF。在／home／μClinux／μClinux-dist運行指令下,，把uImage文件拷貝到／svr／tftp目錄,，tftp是一個簡單的ftp下載：cp images／uImage／svr／tftp打開超級終端μClinux，接通目標板電源或按復位鍵,，目標板上的u-boot自動啟動,，通過超級終端的串口輸入命令：

　　到此，在μClinux中添加設備驅(qū)動程序的工作已經(jīng)完成,。

　　4 結(jié) 語

　　介紹了基于Blackfin ADSP-BF533開發(fā)板,，在μClinux環(huán)境下USB芯片F(xiàn)T245BL驅(qū)動程序的設計與加載。簡述了設備驅(qū)動程序開發(fā)的過程,，并給出了讀函數(shù)和中斷函數(shù)的實例,，說明了在μiClinux下如何添加FT245BL驅(qū)動程序的方法，實現(xiàn)了DSP主板的USB端口通信,。