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基于ARM+Linux 的儀器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-07-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

0 引 言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/160288.htm

  嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)都有其特殊的應(yīng)用場(chǎng)合與特定功能,而嵌入式操作系統(tǒng)因其開源和廣泛的處理器支持、易于移植而備受行業(yè)青睞。AT91RM9200是Atmel公司針對(duì)系統(tǒng)控制、通信領(lǐng)域推出的920T內(nèi)核的32位RISC微處理器,它具有小體積,低功耗,低成本及高性能等特點(diǎn),其內(nèi)部集成了SPI、串口、PIO、以太網(wǎng)、EBI、USB、MCI等多種接口。

  在系統(tǒng)中,應(yīng)用層不可以直接操作硬件,需驅(qū)動(dòng)程序向下屏蔽硬件特性,實(shí)現(xiàn)硬件與用戶間的通信。系統(tǒng)平臺(tái)為在虛擬機(jī)中安裝Fedora 8,目標(biāo)系統(tǒng)采用 2.6.21.7內(nèi)核,定制文件系統(tǒng)建立NFS根文件系統(tǒng),使用雙網(wǎng)卡方式搭建成交叉開發(fā)環(huán)境,并使用超級(jí)終端或minicom作為控制臺(tái)。

  l 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

  該框架如圖1所示。通過USARTl接收外來的控制命令,通過SPI接口和通用PIO口與外部設(shè)備通信,達(dá)到控制作用。在Linux下,所有的設(shè)備以文件的形式來使用。其中Linux已經(jīng)提供了支持AT91RM9200的SPI驅(qū)動(dòng),DBGU和UART驅(qū)動(dòng),只要對(duì)其源代碼進(jìn)行一些修改并在編譯內(nèi)核時(shí)將其選中就可以直接使用。所以主要集中在PIO口驅(qū)動(dòng)中,外部設(shè)備使用一個(gè).PB29引腳(即IRQO)作為外部中斷信號(hào)提供給,另外使用一些I/O引腳對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行控制。

  Linux設(shè)備分為3類:字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是模塊化字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。Linux 2.6內(nèi)核與Linux 2.4內(nèi)核主要有3點(diǎn)不同:

  (1)內(nèi)核的API變化,增加了不少新功能;

  (2)提供了sysfs用于描述設(shè)備樹;

  (3)驅(qū)動(dòng)模塊從.o變?yōu)椋甼o。

  1.1 驅(qū)動(dòng)程序重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

  打開的設(shè)備在內(nèi)核內(nèi)部由file結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí),內(nèi)核使用file_operaTIons結(jié)構(gòu)訪問驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)。file_opera_tions結(jié)構(gòu)是一個(gè)定義在Linux/fs.h>中的函數(shù)指針數(shù)組。下面主要介紹常用的幾個(gè)成員:

程序

程序

  在這些函數(shù)指針中,open和release用于設(shè)備的打開和關(guān)閉,是每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。其他函數(shù)根據(jù)實(shí)際需要來實(shí)現(xiàn),在該項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)方式如下:

程序

  另一個(gè)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是file結(jié)構(gòu)體,主要包括以下成員:

程序

  它代表一個(gè)打開的文件,只出現(xiàn)在內(nèi)核空間,與用戶空間的file是不同的。在open操作時(shí)創(chuàng)建,然后傳遞給file_operations的其他函數(shù)指針,直到close。

  第三個(gè)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即inode,其成員包括:dev_ti_rdev和struet cdev*i_cdev,其中i_rdev中包含實(shí)際設(shè)備號(hào),可以通過下面兩個(gè)宏函數(shù)獲取主從設(shè)備號(hào):

程序

  初始化file_operations結(jié)構(gòu)體后,要將其中定義的各個(gè)方法如open,release,write,read,ioctl等一一實(shí)現(xiàn)。其函數(shù)名即初始化這個(gè)file_operations結(jié)構(gòu)體時(shí)各成員函數(shù)指針。當(dāng)在用戶空間調(diào)用open時(shí),內(nèi)核空間的open方法即相應(yīng)操作,其他方法同理。

  1.2 驅(qū)動(dòng)初始化和卸載清理工作

  驅(qū)動(dòng)加載需要進(jìn)行設(shè)備注冊(cè)等一系列初始化工作;并且在卸載驅(qū)動(dòng)時(shí)要釋放資源進(jìn)行一些清理工作以使其不影響內(nèi)核。所以定義兩個(gè)函數(shù)static int devctl_init()和static void devctl_exit(),然后通過module_init(devctl_init)和module_exit(devctl_exit)來通知內(nèi)核。為了維護(hù)Linux的開源性,調(diào)用下面的宏來聲明:

程序

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