最近项目的几个问题

　　最近项目压力比较大，为了赶时间很多代码都得图简便，然而碰到的问题还是需要重新整理一下，即便当时不懂事后也得弄清楚。项目的主要任务是一个C6678的PCI板卡驱动，用于FFT计算，一个图形界面显示程序显示处理前后结果。设备操作上，需要实时从C6678的内存中读取两个数据，一个是64KB的unsigned short型原始数据，一个是128KB处理后的float型数据。

      项目里使用了一个不错的绘图类库：

• QCustomplot：包含了许多基本的绘图操作，可以在其基础上作二次开发。

      官网：http://www.qcustomplot.com/

       先说说PCI设备驱动的一些重要接口和流程，Linux设备驱动框架不想谈了，随便找本驱动的书都有。首先是设备的探测，在linux系统下使用命令lspci -vv可以看到已插入的板卡的一些信息，包括设备名称及地址空间等。板卡上有4个C6678 DSP，所以能够发现4路设备。

      程序中初始化设备驱动，首先调用pci_get_device接口发现PCI设备，因为有4路DSP，所以循环调用了4次，而且这里将板卡当做字符设备处理。

for (index=0;index<MAX_NUM;index++) {    
    C6678DSP[index] = pci_get_device(VENDOR_ID , DEVICE_ID , prev_node);
    if (!C6678DSP[index]) {
        printk("<C6678DSP>: No C6678DSP%d Card Found!
",index);
        return -ENXIO;
    }
    else {
        prev_node = C6678DSP[index];
        printk("<C6678DSP>: C6678DSP%d Card Found!
",index);
    } 

　　接着第二步，使能设备：

if (pci_enable_device(C6678DSP[index]))
    return -EIO;

　　第三步，获取设备的起始和结束地址，获取的这个值可以和前面lspci -vv的结果对比看是否一致。

base0start=pci_resource_start(C6678DSP[index],0);
endsrc0=pci_resource_end(C6678DSP[index],0);
base0len=endsrc0-base0start;

      第四步，这一步是本项目里面难以理解的一个问题，甚至我自己都有点没弄清。将读取到的起始地址又回写到PCI设备的地址空间中，这点非常不解，一开始我并没有在驱动的初始化里加这两句，因为一般的PCI设备驱动都没见这么做的。但驱动程序加载后看到分配的地址是错误的，后来在别人的提示下加了这两句，果然能够正常工作了，理由是可能BIOS做的不够好，不能正确获取到板卡配置空间的信息，而Linux则可以。

pci_write_config_dword(C6678DSP[index],0x10,base0start);
pci_write_config_dword(C6678DSP[index],0x14,base1start);

      接下来调用ioremap进行内存映射，中间的一些代码我都省略了，不通用。

baseAddrDoThingA = ioremap(base0start,base0len);   
baseAddrDoThingB = ioremap(base1start,base1len);

     后面就是字符设备驱动的一些流程了，多说无益。创建设备文件，注册设备。

            //register major device
            dev = MKDEV(c6678_major, 0);
            if (c6678_major) {
                   ret = register_chrdev_region(dev, 1, "C6678DSP");
                   printk("<C6678DSP>:C6678DSP major is defined!
");
            } else {
                ret = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "C6678DSP");
                c6678_major = MAJOR(dev);
                printk("<C6678DSP>:C6678DSP major is not defined!
");
            }
            if (ret <0) {
                printk("<C6678DSP>: alloc C6678DSP device number error
");
                return ret;
            }
            
            c6678_setup_cdev(&c6678_cdev, 0);
            printk("<C6678DSP>: C6678DSP major is %d. 
", c6678_major);

            /* make fs node */
            ret = mknod("/dev/C6678", S_IFCHR | S_IRWXU | S_IRWXG | S_IRWXO, dev);
            if (ret) {
                printk("<C6678>Mknod error.
"):
                return ret;
            }

            printk("Node make finished.
");
            return 0;
       
fail_req_irq:    
fail_alloc_sendq:            
    cdev_del(&c6678_cdev.cdev);
    unregister_chrdev_region(dev, 1);
    return -1;
}

　　这是驱动的初始化，完成以后，就可以编写针对你自己设备的read/write/ioctl等设备使用接口了。

       驱动编写完毕后，编译成一个.ko文件，insmod ./C6678.ko后便可以在lsmod及/proc/device/下看到自己的设备了。接下来使用如下命令创建对应文件节点，因为分配的主设备号为248，次设备号位0，字符型设备所以这么写。

mknod /dev/C6678 c 248 0

      运行了一下读写接口的测试程序，正确无误，接下来就开始编写界面程序了。

      然而编写界面程序并不顺利，起初想将直接从硬件读取到的数据放在buffer中，然后直接绘图，但出了个棘手的问题。

      来看一段代码，需要从指定文件读64KB的数据到buffer中，进行后续处理。乍一看并没有什么问题，编译一下依然没有什么问题。然而一运行就崩了，而且每次都蹦，试想一下是为什么？

void MainWindow::addGraphRaw(int index)
{
    int n = 32768; // number of FFT points in graph
    QVector<double> x(n), y(n);
    unsigned short *buffer = new unsigned short [1024*32] ;

    ifstream fin(datafiles[index].toStdString().c_str());
    if (!fin.is_open()) {
        std::cout<<"Cannot find the datafiles."<<std::endl;
        return ;
    }


    fin.read((char *)buffer, 1024*32*2);

    for (int i=0; i<n; i++) {
      x[i] = i;
      y[i] =( (double)buffer[i])/64;
    }

　　最开始几次并没有报出什么错误，但后来每次都会弹出一个对话框，报系统SIGBUS信号，导致程序崩溃。SIGBUS信号是好像是内存访问相关的，于是在网上搜索了一下SIGBUS相关的问题。来看看一般是怎么说的（基本都是这种类似的说法）：

SIGBUS(Bus error)意味着指针所对应的地址是有效地址，但总线不能正常使用该指针。通常是未对齐的数据访问所致。

SIGSEGV(Segment fault)意味着指针所对应的地址是无效地址，没有物理内存对应该地址。

　　觉得有点道理，但又不很明白。这个界面程序我在x86的机器上跑不会有任何问题，而在龙芯的机器上一跑就SIGBUS。之后又查到的一种说法：

CPU处于性能方面的考虑，要求对数据进行访问时都必须是地址对齐的。如果发现进行的不是地址对齐的访问，就会发送SIGBUS信号给进程，使进程产生 core dump。RISC包括SPARC（一种微处理器架构）都是这种类型的芯片。x86系列CPU都支持不对齐访问，也提供了开关禁用这个机制。x86架构不要求对齐访问的时候，必定会有性能代价。例如，对int的访问应该是4字节对齐的，即地址应该是4的倍数，对short则是2字节对齐的，地址应该是2的倍数。

      摘自：http://blog.csdn.net/klarclm/article/details/8509552

      个人觉得这种说法就明白多了，龙芯是MIPS架构，与SPARC存在同样的问题，必须地址对齐，而x86则支持不对齐访问，这也就解释了为什么程序在x86机器上能够正常运行，一到龙芯机器上就SIGBUS。这点也是项目中最诡异的一个点。而且最后为了避免这个问题，不得已将直接读取出来的数据分别保存在一个Raw文件一个Proc文件中，供绘图时再次读取（而不是之前直接用读取的数据绘图，一用就SIGBUS）。当然这也降低了程序的性能，虽然不多。

      最后的效果图如下，只开了一路A/D转换作为示例，原始输入波形是一个100MHz，0.5Vpp的正弦波，图1就是根据直接读到的原始数据绘制的波形，对应下面的图就是经过傅里叶变换计算得到的频谱图。

      好了就写这么多，睡了。

      此时此刻，竟身披北京国安，与陌生人道晚安。