基于S3C2410及嵌入式Linux的氫氣濃度的檢測(cè)系統(tǒng)的解決方案

2．3 ADC與微處理器接口電路

氫氣傳感器輸出信號(hào)頻率一般都遠(yuǎn)小于1 kHz。根據(jù)香農(nóng)采樣定理可知，采樣頻率至少要大于信號(hào)最高頻率的2倍。另外，為了滿足最小2 mg／m3的分辨率，這里采用美國(guó)ADI公司推出的一款高速低功耗串行12位8 通道A／D轉(zhuǎn)換器AD7888。它是單電源工作，電壓VDD范圍為2．7～5．25 V。AD7888有2．5 V的片內(nèi)基準(zhǔn)電壓，也可以使用外部基準(zhǔn)電壓，范圍從1．2 V到VDD。模擬輸入電壓從O到VREF，采樣頻率可高達(dá)125 kHz，可與多種串行接口(SPI／QSPI／MICROWIRE／DSP)兼容。

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心處理器是三星公司推出的16／32位RISC處理器S3C2410。它為手持設(shè)備和一般應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能的小型微控制器解決方案。S3C2410提供了豐富的內(nèi)部設(shè)備：分開的16KB的指令Cache和16 KB的數(shù)據(jù)Cache，MMU虛擬存儲(chǔ)器管理，LCD控制器，支持NAND Flash系統(tǒng)引導(dǎo)，系統(tǒng)管理器，3通道UART，4通道的DMA，4通道PWM定時(shí)器，I／O端口，RTC，8通道10位ADC和觸摸屏接口，I2C總線接口，USB主從機(jī)，USB設(shè)備，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及內(nèi)部PLL時(shí)鐘倍頻器等。

該系統(tǒng)利用SPI實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換器與ARM處理器的數(shù)據(jù)傳輸，其接口電路如圖3所示。SPlCLK0為SPI串行時(shí)鐘信號(hào)，SPIMISO0和 SPIMOSI0數(shù)據(jù)引腳用來發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)。nSS0作為SPI的片選信號(hào)，低電平有效。

3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在S3C2410上移植了韓國(guó)Mizi公司開發(fā)的Bootloader(VIVI)、嵌入式Linux-2．6．14內(nèi)核以及cramfs根文件系統(tǒng)，構(gòu)建了具有嵌入式Linux操作系統(tǒng)的軟件環(huán)境。

3．1 外圍設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是為特定硬件提供給用戶程序的一組標(biāo)準(zhǔn)化接口，它隱藏了設(shè)備工作的細(xì)節(jié)。但對(duì)于特定的硬件設(shè)備來說，其對(duì)應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不同，所以不同外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)是嵌入式軟件設(shè)計(jì)過程中必不可少的一部分。

Linux常以模塊的形式加載設(shè)備，便于多個(gè)設(shè)備的協(xié)調(diào)工作也利于應(yīng)用程序的開發(fā)和擴(kuò)展。設(shè)備驅(qū)動(dòng)在加載時(shí)首先需要調(diào)用入口函數(shù)ini- t_module()。該函數(shù)完成設(shè)備驅(qū)動(dòng)的初始化工作，比如寄存器置位、結(jié)構(gòu)體賦值等。其中最重要的一個(gè)工作就是向內(nèi)核注冊(cè)該設(shè)備，字符設(shè)備調(diào)用函數(shù) register_chrdev()完成注冊(cè)，塊設(shè)備調(diào)用函數(shù)reglster_blkdev()完成注冊(cè)。相應(yīng)地，設(shè)備驅(qū)動(dòng)在卸載時(shí)需要調(diào)用 cleanup_mod-ule()。該函數(shù)完成相應(yīng)資源的回收、設(shè)備的注銷、釋放主設(shè)備號(hào)和設(shè)備文件名等。字符設(shè)備利用 unregister_chrdev()注銷設(shè)備，塊設(shè)備利用unregister_blkdev()注銷設(shè)備。

Linux內(nèi)核中，每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都對(duì)應(yīng)一個(gè)file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在file_operations數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，定義了一些與此設(shè)備相關(guān)的打開、關(guān)閉、讀／寫、控制等功能函數(shù)，當(dāng)用戶進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，將自動(dòng)使用驅(qū)動(dòng)程序中特定的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)具體的操作。實(shí)際上，編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的過程也就是實(shí)現(xiàn)struct file_operations結(jié)構(gòu)中的部分所需函數(shù)的過程。

3．2 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

有了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供底層硬件與應(yīng)用程序的接口，Linux系統(tǒng)訪問底層設(shè)備就像訪問普通文件一樣。例如，打開設(shè)備使用系統(tǒng)調(diào)用open()，關(guān)閉設(shè)備使用系統(tǒng)調(diào)用close()，讀／寫設(shè)備使用系統(tǒng)調(diào)用read()和write()等。應(yīng)用程序流程如圖4所示。首先系統(tǒng)上電復(fù)位，程序初始化，然后掃描鍵盤值，看是否有鍵值按下。若有，則進(jìn)行按鍵處理并按輸入步驟設(shè)置程序；若無，則開中斷并啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換完成產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序流程如圖5所示。首先關(guān)閉中斷，讀取A／D采集數(shù)據(jù)，調(diào)用適用于緩變信號(hào)的中值濾波算法處理轉(zhuǎn)換結(jié)果，將連續(xù)采樣的5次采樣值按大小排序，取中間值為本次有效值。然后，存儲(chǔ)處理后的數(shù)據(jù)并送顯示器顯示。最后，從中斷返回到主程序中，再判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)是否超過設(shè)定的臨界值。若大于臨界值，作報(bào)警處理；否則就開中斷，等待下一次轉(zhuǎn)換結(jié)束。依此循環(huán)處理。