ARM+Linux 的儀器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式分析

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)都有其特殊的應(yīng)用場(chǎng)合與特定功能，而嵌入式Linux操作系統(tǒng)因其開(kāi)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)域推出的基于ARM920T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Linux系統(tǒng)中，應(yīng)用層不可以直接操作硬件，需設(shè)計(jì)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Linux 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(kāi)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)程序設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)框架如圖1所示。ARM通過(guò)USARTl接收外來(lái)的控制命令，通過(guò)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(lái)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)設(shè)計(jì)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ARM，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(shù);

(3)驅(qū)動(dòng)模塊從.o變?yōu)?ko。

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

打開(kāi)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(wèn)驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)。file_opera_tions結(jié)構(gòu)是一個(gè)定義在 中的函數(shù)指針數(shù)組。下面主要介紹常用的幾個(gè)成員：

在這些函數(shù)指針中，open和release用于設(shè)備的打開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)，在該項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)方式如下：