在CAN通信卡设备驱动程序中,为了增强CAN通信卡的通信能力、提高通信效率,根据CAN的特点,使用两级缓冲区结构,即直接面向CAN通信卡的收发缓冲区和直接面向系统调用的接收帧缓冲区。

    通讯中的收发缓冲区一般采用环形队列(或称为FIFO队列),使用环形的缓冲区可以使得读写并发执行,读进程和写进程可以采用“生产者和消费者”的模型来访问缓冲区,从而方便了缓存的使用和管理。然而,环形缓冲区的执行效率并不高,每读一个字节之前,需要判断缓冲区是否为空,并且移动尾指针时需要进行“折行处理”(即当指针指到缓冲区内存的末尾时,需重新将其定向到缓冲区的首地址);每写一个字节之前,需要判断缓冲区是否为满,并且移动尾指针时同样需要进行“折行处理”。程序大部分的执行过程都是在处理个别极端的情况,只有小部分在进行实际有效的操作。这就是软件工程中所谓的“8比2”关系。结合CAN通讯的实际情况,在本设计中对环形队列进行了改进,可以较大地提高数据的收发效率。

    由于CAN通信卡上接收和发送缓冲器每次只接收一帧CAN数据,而且根据CAN的通讯协议,CAN控制器的发送缓冲器由1个字节的标识符、一个字节的RTR和DLC位及8个字节的数据区组成,共10个字节;接收缓冲器与之类似,也有10个字节的寄存器。所以CAN控制器收发的数据是短小的定长帧(数据可以不满8字节)。

    于是,采用长度为10字节的数据块来分配内存比较方便,即每次需要内存缓冲区时,直接分配10个字节,由于这10个字节的地址是线性的,故不需要进行 “折行” 处理。更重要的是,在向缓冲区中写数据时,只需要判断一次是否有空闲块并获取其块首指针就可以了,从而减少了重复性的条件判断,大大提高了程序的执行效率;同样在从缓冲队列中读取数据时,也是一次读取10字节的数据块,同样减少了重复性的条件判断。

    在CAN卡驱动程序中采用如下所示的称为“Block_Ring_t”的数据结构作为收发数据的缓冲区:

        typedef struct {

    long signature;

    unsigned char *head_p;

    unsigned char *tail_p;

    unsigned char *begin_p;

    unsigned char *end_p;

    unsigned char buffer[BLOCK_RING_BUFFER_SIZE];

    int usedbytes;

    }Block_Ring_t;

    该数据结构在通用的环形队列上增加了一个数据成员usedbytes,它表示当前缓冲区中有多少字节的空间被占用了。使用usedbytes,可以比较方便地进行缓冲区满或空的判断。当usedbytes=0时,缓冲区空;当usedbyes=BLOCK_RING_BUFFER_SIZE时,缓冲区满。

    本驱动程序除了收发缓冲区外,还有一个接收帧缓冲区,接收帧队列负责管理经Hilon A协议解包后得到的数据帧。由于有可能要同时接收多个数据帧,而根据CAN总线的通讯协议,高优先级的报文将抢占总线,则有可能在接收一个低优先级且被分为好几段发送的数据帧时,被一个优先级高的数据帧打断。这样会出现同时接收到多个数据帧中的数据包,因而需要有一个接收队列对同时接收的数据帧进行管理。

    当有新的数据包到来时,应根据addr(通讯地址),mode(通讯方式),index(数据包的序号)来判断是否是新的数据帧。如果是,则开辟新的frame_node;否则如果已有相应的帧节点存在,则将数据附加到该帧的末尾;在插入数据的同时,应该检查接收包的序号是否正确,如不正确将丢弃这包数据。

    每次建立新的frame_node时,需要向frame_queue申请内存空间;当frame_queue已满时,释放掉队首的节点(最早接收的但未完成的帧)并返回该节点的指针。