向嵌入式Linux移植实时设备驱动程序

本文将纵览几种常用的内存映射I/O方法,它们经常出现于旧的嵌入式应用中。它们涵盖的范围，包括从对中断服务例程的特殊使用和用户线程对硬件访问，到出现于有些ROTS中的半规范化驱动程序模型。它对于移植RTOS 代码到规范化模式的Linux设备启动程序具有启发性，并且介绍了一些方法。特别地，本文会重点讨论和比较RTOS代码中的内存映射，Linux基于 I/O调度队列的移植，和重新定义RTOS I/O，以便在本地Linux 驱动程序和守护进程里应用。 在嵌入式Linux系统中，移植实时设备驱动程序是一个关键任务，特别是在当今许多嵌入式系统选择Linux作为其操作系统的情况下。Linux已经占据了大约1/3到1/2的新32位和64位嵌入式设计，尤其在NAS/SAN存储、家庭娱乐设备和手持/无线设备等领域广泛应用。随着旧的RTOS（实时操作系统）如VxWorks、pSOS等的项目转向Linux，移植原有的硬件接口代码成为了一个重要的议题。 移植工作主要关注的是如何将RTOS的I/O接口和硬件访问方式转换为Linux的规范化设备驱动程序模型。传统的RTOS往往没有明确的驱动程序模型，而是直接通过内存映射访问硬件，甚至允许用户空间程序直接进行I/O操作。这在RTOS中虽然可以提高性能，但带来了安全性和实时性的挑战。 在线内存映射访问是RTOS中常见的一种I/O方式，通过直接定义寄存器地址并进行读写操作。但在Linux中，这种做法并不适用，因为Linux内核将中断处理和内存访问控制在内核空间进行，以确保系统的稳定性和安全性。因此，移植时需要将直接的I/O操作转换为使用`mmap()`等系统调用来实现，但这仅适用于某些简单的原型设计，无法满足中断处理和实时响应的需求。 RTOS的中断服务例程在Linux中是内核的一部分，而在RTOS中，中断服务例程往往是自由形态的，可以直接调用库函数，但这也可能导致可重入性和可移植性问题。在移植过程中，需要将中断服务例程的控制转移到内核，并确保与Linux的中断处理机制兼容，可能涉及到中断处理程序的注册、中断仲裁和调度。 为了成功移植RTOS的驱动程序，开发者需要理解Linux的I/O调度队列机制，这是一个更为规范化的过程，用于管理和同步设备的读写操作。此外，可能需要重新设计RTOS中的I/O模型，使其能够在Linux的内核驱动或用户空间守护进程中有效地工作。 向嵌入式Linux移植实时设备驱动程序涉及到对RTOS中非规范化I/O模型的理解和重构，包括内存映射访问、中断服务例程的转换，以及适应Linux内核的中断处理和I/O调度机制。这个过程需要深入理解Linux内核的工作原理，同时也要求对原有的RTOS代码有透彻的认识，以确保移植后的驱动程序既能够保持实时性，又能够充分利用Linux的稳定性、安全性和可扩展性。