SylixOS热插拔概述

Posted 2020-08-30

• 1. 热插拔系统简介

• 1.1 热插拔系统

      热插拔设备指支持带电操作的一类设备，允许用户不关闭系统、不切断电源情况下取出或更换设备。热插拔系统用于管理系统中所有热插拔设备的插入、拔出状态，从而能够让系统内部自动完成此类设备的创建、删除工作而无需用户手动处理。同时，热插拔系统还会收集热插拔相关信息，供应用程序使用。SylixOS热插拔系统结构如图 1-1所示。

  

  图 1-1热插拔系统结构

      如图 1-1所示，SylixOS 中有一个名称为"t_hotplug"的内核线程，设备的热插拔状态通过事件的方式报告给该线程。系统中还有一个名为"/dev/hotplug"的虚拟设备，它负责收集相关热插拔消息，应用程序可通过读取"/dev/hotplug"设备，获得自己关心的热插拔消息。

• 1.2 实现原理

      在 SylixOS 中，可以使用如下两种方法获得热插拔事件:

      1.中断产生，例如"mini2440"开发板上SD卡热插拔操作，当SD卡插入或者拔出时会触发引脚中断，中断服务程序中会根据读取的引脚状态，产生相应的热插拔事件，将需要处理的事件加入到热插拔工作处理队列，等待内核线程处理。

      2. 轮询检测，当有些热插拔设备不产生中断(没有插拔中断功能的设备)，则需要轮询检测某些事件标志。设备驱动程序需要将检测函数和参数注册到"hotplug"循环检测链表中，"t_hotplug"内核线程会定时调用检测函数，轮询检测函数会产生相应事件，等待内核线程处理。

      如图 1-1所示，当设备热插拔操作结束时，会产生一条热插拔消息存入缓存区，应用层程序可以通过读取虚拟设备"/dev/hotplug"（热插拔设备驱动创建），从缓存区中获取热插拔消息。

• 2 读取热插拔消息

      前文提到，热插拔事件产生后会产生热插拔消息，存放在"/dev/hotplug"设备的缓存区中，则应用层可以对"/dev/hotplug"设备进行读取，获得应用层需要的热插拔消息。由于"/dev/hotplug"设备是字符设备，所以应用层可以对设备进行open、read、write、ioctl、close等操作，获得应用层所需的热插拔消息。

• 2.1 获取热插拔消息实例

      SylixOS 中定义了当前常见的热插拔设备消息，如 USB、SD卡、PCI等，用户也可以自定义添加。此外，还有网卡的连接与断开等与热插拔行为相似的消息。

      下面举例说明如何获取网卡热插拔消息（本例程序是在mini2440开发板上测试运行），测试代码代码清单2-1所示。 
  

  代码清单 2-1 读取热插拔消息

  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  
  #define      MSG_LEN_MAX                (534)
  
  int main (int  argc, char  *argv[])
  {
      UINT8   pucMsgBuff[MSG_LEN_MAX];
      INT     iFd;
      INT32   iMsgType;
      BOOL    bInsert;
      ssize_t sstReadLen;
  
      CHAR   *pcDevName = NULL;
      UINT8  *pucArg    = NULL;
      UINT8  *pucTemp   = NULL;
  
  
      iFd = open("/dev/hotplug", O_RDONLY);                             /*  打开hotplug虚拟设备         */
      if (iFd < 0) {
          fprintf(stderr, "open /dev/hotplug failed.\n");
          return (-1);
      }
  
      ioctl(iFd, LW_HOTPLUG_FiosETMSG, LW_HOTPLUG_MSG_NETLINK_CHANGE);  /* ioctl 设置关心网卡热插拔事件 */
      while (1) {
          sstReadLen = read(iFd, pucMsgBuff, MSG_LEN_MAX);              /* 读取热插拔消息               */
          if (sstReadLen < 0) {
              fprintf(stderr, "read hotplug message error.\n");
              close(iFd);
              return (-1);
          }
          if (sstReadLen < 5) {
              continue;
          }
  
          /*
           * 解析热插拔消息
           */
          pucTemp   = pucMsgBuff;
          iMsgType  = (pucTemp[0] << 24) | (pucTemp[1] << 16) | (pucTemp[2] << 8) | (pucTemp[3]);
          pucTemp  += 4;
          bInsert   = *pucTemp ? TRUE : FALSE;
          pucTemp  += 1;
          pcDevName = (CHAR *) pucTemp;
          pucArg    = pucTemp + strlen(pcDevName) + 1;
  
          printf("get new hotplug message >>\n"                         /*  打印热插拔消息             */
                  " message type: %d\n"
                  "device status: %s\n"
                  " device name: %s\n"
                  " arg0: 0x%01x%01x%01x%01x\n"
                  " arg1: 0x%01x%01x%01x%01x\n"
                  " arg2: 0x%01x%01x%01x%01x\n"
                  " arg3: 0x%01x%01x%01x%01x\n", iMsgType,
                  bInsert ? "insert" : "remove", pcDevName, pucArg[0], pucArg[1],
                  pucArg[2], pucArg[3], pucArg[4], pucArg[5], pucArg[6],
                  pucArg[7], pucArg[8], pucArg[9], pucArg[10], pucArg[11],
                  pucArg[12], pucArg[13], pucArg[14], pucArg[15]);
      }
  
      close(iFd);
  
      return (0);
  }

  如代码清单2-1所示,程序实现了应用层读取网卡热插拔消息的功能，在开发板上运行该程序，当发生网卡热插拔操作时，会得到网卡热插拔消息，实验现象如图 2-1所示。
  

  

  图 2-1网卡热插拔消息

      通过分析代码清单2-1所示代码，用户在读取设备热插拔消息时应注意以下几点：

      1.以只读方式打开"/dev/hotplug"设备，SylixOS中热插拔消息在热插拔设备创建时产生，并且写入到设备中缓存区中。

      2.代码清单2-1中程序通过ioctl函数实现单独监听网卡热插拔消息的功能，应用程序可以根据需要设置ioctl函数中的参数来获取对应的消息。默认情况下是读取所有类型热插拔消息。

      3.代码清单2-1中read函数实现读取网卡热插拔消息的功能，读取消息后对获得的热插拔消息进行解析，然后输出打印。根据程序图 2-1输出结果可知，SylixOS中对热插拔消息格式进行特殊规定，格式分析参照2.2节。

• 2.2 热插拔消息格式

      由2.1节中读取网卡热插拔消息实例可知，在SylixOS中热插拔消息有规定的格式。下面对SylixOS热插拔消息格式进行分析，如图 2-2所示。

  

  图 2-2热插拔消息格式

      参照图 2-2可知，消息的前4个字节标识了消息的类型。SylixOS中已经定义了USB键盘、USB鼠标、SD存储卡、SDIO无线网卡等热插拔类型。在实际的硬件平台上，设备驱动也可以定义自己的热插拔消息类型。

      第5个字节为设备状态，0表示拔出，1表示插入。

      从第 6 个字节开始，表示设备的名称，其内容为一个以‘\0‘结束的字符串，应用程序应该以此为结束符得到完整的名称。该名称为一个设备的完整路径名称，如"/dev/ttyUSB0"、"/media/sdcard0"等。由于SylixOS中，一个完整路径名称的最大长度为512，加上结束字符‘\0‘，因此，dev name字段的最大长度为513。

      紧跟着设备名称（‘\0‘字符结尾）的是 4 个可用于灵活扩展的参数，均为4字节长度。这4个参数可适应不同设备消息的特殊处理。SylixOS未规定每个参数的具体用法和存储格式（大端或小端），完全由设备驱动定义。

      综上论述，一个热插拔消息的最大长度为：4 + 1 + 513 + 4 + 4 + 4 + 4 = 534字节。

   

• 3 热插拔消息产生

• 3.1 网卡热插拔消息

      前文已经介绍了应用层如何获取热插拔消息，本章介绍SylixOS热插拔消息的产生流程。SylixOS中，热插拔消息在热插拔事件产生时产生，由热插拔设备驱动实现。

      下面以网卡热插拔为例，介绍网卡热插拔消息产生流程，如图 3-1所示（图中以网卡连接为例，网卡断开流程与此基本一致）。

   

  

   

  图 3-1网卡热插拔消息产生流程

      如图 3-1所示，在对网口进行必要的初始化后，将循环检测函数dm9000_watchdog注册到循环检测链表中，检测函数会根据网卡状态产生不同的热插拔消息，然后将热插拔消息存入缓存区。

• 3.2 模拟热插拔实现

      下面通过信号模拟热插拔事件，用信号SIGALRM模拟设备插入，用信号SIGUSR1模拟设备拔出。示例代码清单3-1所示：
  

  代码清单3-1 信号模拟热插拔

  #define __SYLIXOS_KERNEL
  #include <SylixOS.h>
  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  #include <signal.h>
  #include <pthread.h>
  #include <unistd.h>
  
  static char      *msg = "Dev";
  
  void send_event (void  *arg)
  {
      int signum = (int)arg;
  
      if (signum == SIGALRM) {
          API_HotplugEventMessage(LW_HOTPLUG_MSG_ALL, 1, msg, 0, 0, 0, 0);
      } else if (signum == SIGUSR1){
          API_HotplugEventMessage(LW_HOTPLUG_MSG_ALL, 0, msg, 0, 0, 0, 0);
      }
  }
  
  void pullout_handler (int  signum)
  {
      API_HotplugEvent((VOIDFUNCPTR)send_event, (void *)signum, 0, 0, 0, 0, 0);
  }
  
  void insert_handler (int  signum)
  {
      API_HotplugEvent((VOIDFUNCPTR)send_event, (void *)signum, 0, 0, 0, 0, 0);
  }
  
  int main (int argc, char *argv[])
  {
      int   i;
  
      if (signal(SIGALRM, insert_handler) == SIG_ERR) {
          fprintf(stderr, "Install signal handler failed.\n");
          return -1;
      }
      if (signal(SIGUSR1, pullout_handler) == SIG_ERR) {
          fprintf(stderr, "Install signal handler failed.\n");
          return -1;
      }
  
      for (i = 0; i < 8; ++i) {
          alarm(2);
          pause();
          kill(getpid(), SIGUSR1);
      }
  
      return  0;
  }

      本例利用信号模拟热插拔事件，运行2.1节中程序（注释掉ioctl函数，获取所有类型的热插拔消息），再执行代码清单3-1所示程序，会得到图 3-2所示结果。

  

  图 3-2模拟热插拔模拟结果

• 4 小结

      本文档介绍了SylixOS下热插拔系统实现原理，以网卡热插拔为例，分析热插拔消息产生流程。最后通过信号模拟热插拔事件，打印出模拟的热插拔消息。

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