当用户程序读FPGA设备时,数据还未准备好,此时驱动程序应该阻塞该进程,将其置入睡眠状态直到条件满足。此时需要初始化一个等待队列头,对读进程的休眠和唤醒时使用:
在卸载函数中,删除一个cdev,完成字符设备的注销,然后释放设备编号:
3.2 文件接口操作
Linux为所有的设备文件都提供了统一的操作函数,FPGA设备驱动。file_operations包含打开函FPga_open、读函数fpga_read、设置参数函数fpga_ioctl和关闭设备函数fpga_release。
3.2.1 打开与关闭FPGA设备
在打开设备与关闭设备时会调用open函数与release函数,在open函数中,要对设备进行I/O内存资源映射及中断申请。
设备驱动程序中,需通过内存管理单元MMU将设备的虚拟地址映射到物理地址。根据FPGA在S3C2440中的物理地址,定义如下宏:
使用ioremap()对FPGA的I/O内存资源进行映射,把物理内存地址映射为一个内核指针:
数据交换采用中断,需先设置硬件中断方式,然后向系统注册中断函数,实现如下:
FPGA连接在ARM的EINT0上,isr_fpga为中断处理函数指针。当关闭FPGA设备时,需释放I/O内存,释放中断:
3.2.2 驱动程序控制接口Ioctl
Ioctl用来设置FPGA中帧同步器和模拟源的参数,部分设置命令如表1所示。
在此,采用统一的命令码方式,包含幻数、序数、传输方向、数据长度,使用宏_IO(),_IOR(),_IOW()和IOWR()辅助生成,如命令0设置如下:
在Ioctl中,采用switeh(cmd)来实现对FPGA参数的设置及FPGA状态的读取。
3.2.3 中断函数及读函数
当FPGA产生中断时,根据缓冲区的大小,中断函数循环对FPGA映射后的地址读取数据。ARM与FPGA接口为16位,使用inw读取,数据存放在驱动程序的缓冲区中:
应用程序读取数据时,调用read函数,参数buffer为用户空间缓冲区的指针,利用copy_to_user函数将数据从内核空间拷贝到用户空间,当设备中暂时没有数据时,读进程应当被休眠:
flag为一个标志位,当flag被中断函数设置为1时表示设备中有数据,此时读进程可被换醒。
3.2.4 用户程序及测试
设备驱动实现后,需编写相应的用户程序来进行测试驱动程序和实现数据的网络转发。在用户程序中,读/写FPGA设备使用与普通文件一样的操作函数。移植Linux时配置好网卡的地址,然后使用Socket编程实现数据的TCP/IP转发,用遥测软件接收到的数据测试如图7所示。
通过测试可以看到,同步码FDB18450被正确识别,IRIG-B解码为当前时间。
4 结语
在此,基于FPGA与ARM进行遥测数据的帧同步遥测数据的网络转发,充分地利用了FPGA与ARM各自的特点,它可使FPGA+ARM在数据接收处理中得到广泛应用。