基于UART＆SPI的接口验证工具的设计与实现

硬件的状态信息进行响应。

(4)硬件接口层

主要负责驱动与固件接口操作，对DUT设备进行设置，对DUT进行写命令/数据，或从DUT设备获取状态/数据信息。

3 接口验证工具的实现

考虑到兼容各个嵌入式平台(Linux系统)，故整个上位机软件工作在Linux系统下。从图5可以看出，整个软件的实现主要由配置程序、驱动程序及固件3部分组成。本文重点介绍配置程序及驱动程序部分。

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3.1 配置程序

配置程序主要由测试用例管理和配置接口层两部分组成，主要完成测试用例管理及测试用例的生成。

3.1.1 测试用例管理

测试用例管理部分主要完成测试用例的分发、定位以及测试结果的收集。为了兼容各个Linux版本，测试用例管理部分不采用界面的形式进行管理，而是采用命令行的形式运行。用例管理部分可以选择单个或多个测试用例进行测试。例如：uart_test case1 case2是对第一、二个测试用例进行测试，uart_test all是对所有的测试用例进行测试。测试用例管理部分会根据测试用例ID自动定位到相应的程序执行。图5是测试用例管理部分的流程图。

3.1.2 测试用例的生成

以UART接口为例，描述一个完整的测试用例。图6描述的是一个UART接口的完整的测试用例。从途中可以清晰地看出配置程序是如何协调上位机与下位机之间的通信的。

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本文提出的验证工具与以往的验证工具最大的区别在于配置程序可以协调上位机与下位机。上位机与下位机并不是完全分离的，而是由配置程序统一协调，分别给上位机和下位机下发命令修改参数及通信。

3.1.3 兼容性的实现

由于对SPI接口来说，要求兼容PC机和多个嵌入式平台，所以在程序的设计上要考虑兼容性的问题。

兼容性问题需要考虑两个方面：

(1)数据类型的重定义。

(2)采用分层设计的思想。

3.2 驱动程序

驱动程序主要包括驱动接口层和硬件接口层。其中驱动接口层主要完成将配置程序的命令或数据进行解析，通过接口发送出去，而硬件接口层主要负责驱动与硬件(固件)接口操作，负责对DUT设备进行设置，对待测设备进行写命令/数据，或从DUT设备获取状态/数据信息。

3.2.1 UART接口驱动开发

UART协议比较简单，本文不对UART协议进行介绍。由于在LINUX系统下，对串口有相当好的支持。Linux下把串口看作一个文件来处理，故对串口的读写操作相当于对文件直接进行读写操作。这样我们可以直接调用系统函数如open，write，read，close等对串口进行操作。

需要注意的是，对串口的写操作比较容易，但是读操作存在着阻塞I/O的问题。在对串口进行读取操作的时候，如果使用的是RAW模式，每个read系统调用将返回当前串行输入缓冲区中存在的字节数。如果没有数据，将会一直阻塞到有字符到达或者间隔时钟到期，或者发生错误此时可采用异步读取。所谓异步读取，指的是先查询串口，看串口是否可用，直到串口可用了再去读就可以避免阻塞I/O的问题。

3.2.2 SPI接口驱动开发

(1)SPI概述

SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时或者硬件复用两根数据线)，也是所有基于SPI的设备共有的，它们是MISO，MOSI，SCK，CS。

MOSI为主设备数据输出，从设备数据输入;MISO为主设备数据输入，从设备数据输出;SCK为时钟信号，由主设备产生;CS为从设备使能信号，由主设备控制。

(2)SPI驱动开发

在Linux下开发SPI驱动有两种方式，一种是采用Linux自带的SPI子系统，一种是采用字符设备驱动的形式。本文采用了字符设备驱动的形式。在Linux 2.6内核中使用cdev结构体描述字符设备。cdev结构体如下所示。字符设备的主要工作是初始化、添加和删除cdev的结构体，申请和释放设备号，以及填充file_operations结构体的操作函数，实现file_operations结构体中的read()，write()和ioctl()等。

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cdev结构体的dev_t成员定义了设备号，另一个重要成员file_operations定义了字符设备驱动提供给虚拟文件系统的接口函数。file_ operations结构体中的成员函数是字符设备驱动程序设计的主体内容，这些函数实际会在应用程序进行Linux的open()，write()，read()，close()等系统调用时最终被调用。

Linux字符设备驱动主要由以下几部分组成：

(1)字符设备驱动模块加载与卸载函数

在字符设备驱动模块加载函数中应该实现设备号的申请和cdev的注册，对应的是insmod过程，而在卸载函数中应实现设备号的释放和cdev的注销，对应的是rmmod过程。

(2)字符设备驱动的file_operations结构体中成员函数

file_operations结构体中成员函数是字符设备驱