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基于ARM9+Linux的DS18B20驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2014-04-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:本文介紹了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的類型和文件操作接口函數(shù),以及驅(qū)動(dòng)程序的基本開發(fā)過程。以ARM9為平臺(tái),基于2.6.30開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序,以模塊的形式加載到內(nèi)核,最后通過應(yīng)用層調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序,獲得溫度數(shù)據(jù)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/236202.htm

關(guān)鍵詞:;;驅(qū)動(dòng)

引言

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展,基于ARM和Linux的嵌入式產(chǎn)品越來越多,溫度采集傳感器在工業(yè)和生活上應(yīng)用廣泛,研究開發(fā)基于ARM9和Linux的DS18B20的驅(qū)動(dòng)程序可以滿足大部分溫度采集平臺(tái)的應(yīng)用。

1 Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的開發(fā)過程

Linux操作系統(tǒng)通過各種驅(qū)動(dòng)程序來操作硬件設(shè)備,它屏蔽了各種設(shè)備,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件之間的接口。從應(yīng)用程序來看,硬件只是一個(gè)設(shè)備文件,應(yīng)用程序可以像操作普通文件一樣操作硬件設(shè)備。

1.1 設(shè)備的分類

Linux看待設(shè)備可區(qū)分為3種基本設(shè)備類型,分別為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:

①字符設(shè)備:字符設(shè)備是一種可以當(dāng)作一個(gè)字節(jié)流來存取的設(shè)備,相當(dāng)于一個(gè)文件,字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)通常實(shí)現(xiàn)open、close、read和write系統(tǒng)調(diào)用;

②塊設(shè)備:如同字符設(shè)備,塊設(shè)備通過位于/dev目錄的文件系統(tǒng)結(jié)點(diǎn)來存取,塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要通過傳輸固定大小的隨機(jī)數(shù)據(jù)來訪問設(shè)備,塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是核心內(nèi)存與其他存儲(chǔ)介質(zhì)之間的管道;

③網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:網(wǎng)絡(luò)接口和一個(gè)已經(jīng)掛載的塊設(shè)備類似,網(wǎng)絡(luò)接口使用特定的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)注冊,與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)調(diào)用,與塊設(shè)備只響應(yīng)來自內(nèi)核的請求不同,Linux內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成完全與協(xié)議無關(guān),網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序異步地接收來自外界的數(shù)據(jù)包。

1.2 字符設(shè)備開發(fā)過程

本項(xiàng)目開發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序都是字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,因此簡單介紹字符設(shè)備的開發(fā)過程。

1.2.1 重要的文件操作接口函數(shù)file_operation

file_operation是一個(gè)字符驅(qū)動(dòng)如何建立底層驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用程序連接的結(jié)構(gòu)體,包含以下重要的函數(shù)接口:

①int(*open)(struct inode*,struct file*):打開設(shè)備操作。

②ssize_t(*read)(struct file*,char__user*,size_t,loff_t*):從設(shè)備中獲取數(shù)據(jù),非負(fù)返回值代表成功讀取的字節(jié)數(shù)。

③ssize_t(*write)(struct file*,const char__user*,size_t,loff_t*):發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備,非負(fù)返回值代表成功寫入的字節(jié)數(shù)。

④int(* ioctl)(struct inode*,struct file*,unsigned int,unsigned long):系統(tǒng)調(diào)用提供了發(fā)出設(shè)備特定命令的方法。

1.2.2 設(shè)備打開與關(guān)閉

open方法在應(yīng)用程序調(diào)用open()系統(tǒng)調(diào)用時(shí)被調(diào)用,作用是打開設(shè)備;release方法在應(yīng)用程序調(diào)用close()系統(tǒng)調(diào)用時(shí)被調(diào)用,作用是關(guān)閉設(shè)備。

1.2.3 驅(qū)動(dòng)程序與應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)

交換的方式最直接的方法是在struct file_operation中的read/write方法中與用戶空間的buffer進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換:

unsigned long copy_to_user(void__user*to,const void*from,unsigned long count):從內(nèi)核空間拷貝數(shù)據(jù)到用戶空間;

unsigned long copy_from_user(void*to,const void__user*from,unsigned long count):從用戶空間拷貝數(shù)據(jù)到內(nèi)核空間;

1.2.4 設(shè)備控制ioctl

設(shè)備控制接口如下:

①應(yīng)用程序調(diào)用接口:int ioctl(int fd,unsigned longcmd,…):

②設(shè)備驅(qū)動(dòng)的相應(yīng)接口:int(*ioctl)(struct inode*inode,struct file*filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)。

應(yīng)用程序通過ioctl發(fā)送命令,從而調(diào)用驅(qū)動(dòng)接口的ioctl。

因此,在Linux字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中主要實(shí)現(xiàn)open、read、write和ioctl函數(shù)分別對應(yīng)Linux系統(tǒng)調(diào)用的open、read、write和ioctl來完成數(shù)據(jù)交互和設(shè)備操作。

2 溫度傳感器驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

DS18B20采用獨(dú)特的單總線接口方式,每只DS18B20都有一個(gè)唯一存儲(chǔ)在ROM中的64位編碼。最前面8位是單線系列編碼:28H,接著的48位是一個(gè)唯一的序列號(hào),最后8位是以上56位的CRC編碼。通過單線總線端口訪問DS18B20的協(xié)議如下:

①初始化;

②發(fā)送ROM操作指令;

③發(fā)送DS18B20功能指令。

主要功能指令,如表1所列。



根據(jù)DS18B20的讀寫協(xié)議以及操作指令和功能指令,可以得出DS18B20的復(fù)位過程如圖1所示,寫操作流程如圖2所示,讀操作流程如圖3所示。




根據(jù)DS18B20復(fù)位、讀寫操作過程,利用Linux編寫DS18B20驅(qū)動(dòng)程序。過程描述如下。

(1)復(fù)位操作流程

①設(shè)總線為輸出模式;

②向總線發(fā)送一個(gè)上升沿,保持高電平100 ms;

③向總線發(fā)送一個(gè)下降沿,保持低電平800 ms;

④向總線發(fā)送一個(gè)上升沿,延時(shí)100 ms;

⑤設(shè)總線為輸入模式;

⑥判斷總線狀態(tài),如果為低電平,則復(fù)位成功。

(2)寫操作流程

①設(shè)總線為輸出模式,并設(shè)置8次循環(huán);

②向總線發(fā)送一個(gè)下降沿,保持低電平;

③判斷寫入數(shù)據(jù)是0還是1,如果是1,則向總線發(fā)送一個(gè)上升沿,保持高電平;如果是0,則保持總線低電平不變;

④延時(shí)60 ms,設(shè)總線為高電平,再延時(shí)15 ms;

⑤循環(huán)操作步驟②~④;

⑥設(shè)總線為高電平。

(3)讀操作流程

①設(shè)循環(huán)次數(shù)為8;

②設(shè)總線為輸出,向總線發(fā)送一個(gè)下降沿,保持低電平,并延時(shí)1 ms;

③向總線發(fā)送一個(gè)上升沿,并設(shè)為輸入;

④讀總線狀態(tài),并保存為1位,并延時(shí)60 ms;

⑤循環(huán)操作步驟②~④,讀取1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。


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