基于Linux的溫度傳感器驅動程序的設計

羅東華，李海崗，王忠民

（1．山東傳媒職業學院信息工程系，山東濟南250200；2．72946部隊，山東淄博255000；3．山東省科學院自動化研究所，山東濟南250014）

隨著計算機控制技術的不斷發展，嵌入式系統已經廣泛滲透到儀器儀表、工業控制等各個領域，成為備受關注的熱點［1]．而Linux作為一個源碼公開、結構清晰、功能強大，且穩定可靠的操作系統，在嵌入式系統中占據主流位置［2]．在工業控制與監測領域，溫度監控是一項必不可少的功能模塊．文中介紹了基于模擬量傳輸的溫度傳感器在Linux系統下驅動程序的開發方法，闡述了可動態加載的設備驅動程序的配置、設計和調試步驟．

1 驅動程序的原理

驅動程序的目的是驅動硬件正常工作，所以編寫驅動程序要針對特定的硬件來進行．Linux設備驅動程序是為特定的硬件提供給應用程序的一組標準化接口，它隱藏了設備工作的細節．設備驅動程序從總體上看分為兩部分：驅動程序與Linux內核的接口、驅動程序與設備的接口［3]．其代碼結構大致可以分為如下幾個部分：驅動程序的注冊與注銷、設備的打開與釋放、設備的讀寫操作、設備的控制操作、設備的中斷和輪詢處理［4]．

Liunx系統的設備分為三種類型：字符設備、塊設備和網絡設備．基于模數轉換模塊（ADC）的溫度傳感器屬于字符設備，其實現流程包括設備的注冊，文件操作結構體（file＿operations）賦值，以及編寫文件操作結構體中用到的函數．模數轉換模塊功能非常簡單，所以在文件操作結構體中只需要設置打開函數（open）、釋放函數（release）以及讀取函數（read）的指針，相應的僅需要實現open函數、release函數和read函數．

2 驅動程序的設計

open函數提供給驅動程序以初始化的能力，主要工作內容如下：

1）檢查設備特定的錯誤（諸如設備未就緒或類似的硬件問題）．

2）如果設備是首次打開，則對其進行初始化．

3）如果有必要，更新file＿operations指針［5]．在Linux系統用戶空間的應用程序中，如果要打開溫度傳感器設備，需要調用此內核函數（device＿open）．另外，還可以在此函數中使用一個全局變量，記錄設備打開次數，以標識設備是否為第一次打開．

release函數作用與open正好相反，它釋放由open分配的所有資源，并關閉設備．同樣的，記錄設備打開次數的全局變量需要在此函數中進行減操作．

read函數的作用是拷貝數據到應用程序空間，其表達式為：

static ssize＿t device＿read（struct file＊file，char＊buffer，size＿t length，loff＿t＊offset）

參數file是文件指針，參數buffer是指向用戶空間的緩沖區，參數length是數據長度，參數loff＿t是指向長偏移量類型（long offset type）對象的指針．該函數內部的程序流程圖如圖1所示．

圖1 read函數程序流程圖

read函數還檢查用戶空間的指針是否有效，如果指針無效，就不會進行拷貝；如果在拷貝過程中遇到無效地址，則僅僅會復制部分數據．

3 驅動程序的加載和測試

驅動程序編寫完成后，還需要建立該程序的makefile文件，代碼如下：

其中，obj－m是生成目標文件的名稱，KERNELDIR是內核路徑．

有了adcdriver．c和makefile文件，使用make命令即可得到驅動文件adcdriver．ko．然后使用insmod命令動態加載驅動程序，基于模數轉換模塊的溫度傳感器驅動就加載進了Linux內核中．

為了測試該驅動程序，需要編寫Linux系統用戶空間下的應用程序adc．c，程序流程圖如圖2所示．

圖2 應用程序adc．c的流程圖

在Linux的用戶空間運行此應用程序，能夠得到嵌入式處理器S3C2440模數轉換模塊的有效數據，根據溫度傳感器模擬量數值與溫度的對應關系，即可獲取外部環境溫度．

4 結束語

文中介紹了Linux操作系統下驅動程序的基本原理和框架，編寫了基于模數轉換模塊（ADC）的溫度傳感器的驅動程序和應用程序，并給出實際項目中的操作步驟，對實現同類芯片的其他硬件驅動有很好的參考價值．

［1] 張威，黃沖．嵌入式Linux設備驅動的設計方法研究［J] ．江西師范大學學報：自然科學版，2007，31（4）：391－393．

［2] 巍鶩，張煥強，方貴明．基于Linux的USB驅動程序實現［J] ．計算機應用，2002，22（8）：17－19．

［3] 李亞峰，歐文盛．ARM嵌入式Linux系統開發從入門到精通［M] ．北京：清華大學出版社，2007．

［4] 陳濤，余學才，朱良銷．信號發生模塊的Linux驅動程序設計［J] ．化工自動化及儀表，2010，37（11）：88－91．

［5] Corbet J，Rubini A，Hartman G K．Linux設備驅動程序［M] ．北京：中國電力出版社，2006．