Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)實(shí)例分析

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院　趙志鵬

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Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)實(shí)例分析

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院趙志鵬

【摘要】Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)屬于內(nèi)核的一部分，在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，本文以buzzer的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)分析了硬件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程，以及在程序設(shè)計(jì)中的各個(gè)重要功能模塊及其相互關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】Linux硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)；設(shè)計(jì)流程；功能模塊

1　驅(qū)動(dòng)的功能

當(dāng)前社會(huì)中，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)滲透到了生活的各個(gè)領(lǐng)域和方方面面，在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)和硬件環(huán)環(huán)相扣，密不可分，其中硬件是設(shè)計(jì)的底層和基礎(chǔ)，是軟件運(yùn)行的平臺(tái)，其重要性不言而喻。

作為嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)是我們嵌入式開(kāi)發(fā)人員必須完成的工作。設(shè)備的驅(qū)動(dòng)就是驅(qū)使硬件設(shè)備工作，它直接和底層硬件打交道，按照硬件設(shè)備的具體工作方式，執(zhí)行固定的一些操作，比如進(jìn)行設(shè)備的寄存器讀寫(xiě)，完成設(shè)備的輪詢、中斷處理、DMA通信等。

因此，驅(qū)動(dòng)是硬件和應(yīng)用軟件之間交互的一個(gè)平臺(tái)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)硬件功能訴求和軟件應(yīng)用程序完成的一種交流，用戶通過(guò)應(yīng)用程序只需要調(diào)用系統(tǒng)應(yīng)用軟件的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)編程接口就能夠完成相應(yīng)的功能。

2　驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)步驟

2.1查看分析原理圖

buzzer蜂鳴器采用了電磁式蜂鳴器，此電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片以及外殼組成。當(dāng)電路導(dǎo)通后，振蕩器產(chǎn)生的音頻新型號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性的震

動(dòng)發(fā)聲，在蜂鳴器報(bào)警裝置中，采用了PWM的方式，占空比為1/2，報(bào)警時(shí)間設(shè)置為10s。

2.2編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)代碼

Linux內(nèi)核的一個(gè)模塊可以以兩種方式被編譯和加載： 第一直接編譯進(jìn)Linux內(nèi)核，隨同Linux啟動(dòng)時(shí)加載；第二編譯成一個(gè)可加載和刪除的模塊，使用insmod加載，但依賴于相關(guān)的配置文件，rmmod刪除。這種方式控制了內(nèi)核的大小，而模塊一旦被插入內(nèi)核，它就和內(nèi)核其他部分一樣。

編寫(xiě)一個(gè)驅(qū)動(dòng)首先涉及到一個(gè)頭文件，驅(qū)動(dòng)程序一般包括三個(gè)頭文件，分別為：、、。一般在c里面，.h文件一般用作調(diào)用庫(kù)的功能，在很多的場(chǎng)合，源代碼不便向用戶公開(kāi)，只要向用戶提供頭文件和二進(jìn)制的庫(kù)即可。在頭文件里面，含有各種函數(shù)的定義，變量的定義以及頭文件的定義，當(dāng)使用頭文件的時(shí)候，就可以使用頭文件定義的資源了。

在結(jié)構(gòu)上驅(qū)動(dòng)程序一般會(huì)包括三個(gè)基本的部分，第一個(gè)是申請(qǐng)?jiān)S可證，相當(dāng)于世界linux內(nèi)核驅(qū)動(dòng)通用性許可證，有了許可證在編譯的時(shí)候才不會(huì)報(bào)錯(cuò)，否則linux內(nèi)核會(huì)說(shuō)此模塊非法加載。第二個(gè)為加載函數(shù)，這個(gè)函數(shù)是驅(qū)動(dòng)程序模塊的入口，第三個(gè)為卸載函數(shù)，與加載函數(shù)相反，當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)程序還包含作者信息、編寫(xiě)日期等信息等，但這個(gè)不是必要的。

(1)加載函數(shù)

加載函數(shù)是驅(qū)動(dòng)一個(gè)程序的入口，類(lèi)似于應(yīng)用程序中主程序中的main函數(shù)，當(dāng)運(yùn)行一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，系統(tǒng)首先找到加載函數(shù)，怎樣識(shí)別哪個(gè)是加載函數(shù)呢？系統(tǒng)內(nèi)核自己的一套識(shí)別機(jī)制，在函數(shù)中加上__init，系統(tǒng)就會(huì)識(shí)別這個(gè)函數(shù)是加載函數(shù)。在加載函數(shù)中加上static靜態(tài)變量函數(shù)，表明此函數(shù)只能被源程序使用，不能被源程序以外的函數(shù)調(diào)用。

static int __init s5pc100_pwm_init (void)//buzzer加載函數(shù)

{

int ret;

devno = MKDEV(pwm_major, pwm_minor);//申請(qǐng)?jiān)O(shè)備號(hào)

ret=register_chrdev_region(devno,device_of_number, "buzzer");//注冊(cè)設(shè)備號(hào)

if(ret<0) //如果注冊(cè)不成功，結(jié)束程序

goto err1;

cdev_init(&cdev, &s5pc100_pwm_fops);//初始化設(shè)備

cdev.owner = THIS_MODULE;

ret=cdev_add(&cdev,devno,device_of_number); //注冊(cè)設(shè)備

}

(2) 卸載函數(shù)

卸載函數(shù)與加載函數(shù)相反，當(dāng)系統(tǒng)程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，就要執(zhí)行卸載函數(shù)，將所申請(qǐng)的空間釋放掉，否則常此以往就會(huì)使系統(tǒng)的剩余空間越來(lái)越少，甚至系統(tǒng)崩潰。

static void __exit s5pc100_pwm_exit (void)

iounmap(gpdcon);//釋放gpdcon配置寄存器的虛擬空間

iounmap(timer_base);

cdev_del(&cdev);//卸載設(shè)備

unregister_chrdev_region(devno, device_of_number);//卸載設(shè)備號(hào)

printk (KERN_INFO "Goodbye world ");

}

(3) buzzer采用的io的打開(kāi)方式

采用了static變量的ioctl的打開(kāi)方式，ioctl可以控制I/O設(shè)備 ，提供了一種獲得設(shè)備信息和向設(shè)備發(fā)送控制參數(shù)的手段。用于向設(shè)備發(fā)控制和配置命令 ，有些命令需要控制參數(shù)，這些數(shù)據(jù)是不能用read / write 讀寫(xiě)的。這個(gè)時(shí)候就可以用ioctl的方式來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。

static int s5pc100_pwm_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,

unsigned int cmd, unsigned long arg)

switch(cmd)//采用switch語(yǔ)句，當(dāng)有命令響應(yīng)時(shí)執(zhí)行

{

case PWM_ON:

//0x2<<8開(kāi)始，0x9<<8 自動(dòng)重載，反相輸出

writel((readl(timer_base + S5PC100_TCON) & ~(0xf << 8))

| 0x2 << 8, timer_base + S5PC100_TCON);

writel((readl(timer_base + S5PC100_TCON) & ~(0xf << 8))

| 0x9 << 8, timer_base + S5PC100_TCON);

//先采用手動(dòng)更新TCNTB1 , TCMPB1 ，然后采用自動(dòng)重載

break;

case PWM_OFF: writel(readl(timer_base + S5PC100_TCON) & ~(0xf << 8),

timer_base + S5PC100_TCON);

break;

{

}

r eturn 0;

}

3　buzzer線程模塊

圖1　buzzer線程流程圖

buzzer線程運(yùn)行在主程序里面，當(dāng)程序執(zhí)行的時(shí)候，buzzer線程也被執(zhí)行，字符設(shè)備文件被打開(kāi)（open），buzzer線程執(zhí)行pthred_cond_wait()函數(shù)，進(jìn)入等待喚醒的狀態(tài)，當(dāng)溫度、濕度或者光照強(qiáng)度超標(biāo)的時(shí)候，buzzer線程會(huì)接收到一個(gè)喚醒的信號(hào)，獲取buzzer模塊的掩碼，然后采用pwm控制蜂鳴器的亮滅。

4　結(jié)論

本文以buzzer的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)為實(shí)例，詳細(xì)分析了嵌入式系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)原理和步驟，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊的編寫(xiě)原理和結(jié)構(gòu)以源代碼的方式進(jìn)行了重點(diǎn)描述，力圖以此方式建立一個(gè)開(kāi)發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)模塊的標(biāo)準(zhǔn)流程模板，最后分析了buzzer的線程流程，通過(guò)在開(kāi)發(fā)板上對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)際測(cè)試，該設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)過(guò)程完全能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用程序調(diào)用硬件驅(qū)動(dòng)程序后能夠在開(kāi)發(fā)環(huán)境正常運(yùn)行，硬件能夠正常工作，達(dá)到了預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

[1]宋寶華.設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)詳解(第2版)[M].北京:人民郵電出版社.2010.11.

[2]諾兒加德.嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件結(jié)構(gòu)[M].北京:人民郵電出版社學(xué).2008.2.

[3]田澤主編.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005．

[4]Atmel Corporation ARM7TDMITM (Thumb?) Datasheet[M].1999-01.

趙志鵬（1973—），男，河南西平人，碩士，現(xiàn)供職于桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院，主要從事智能儀器、嵌入式開(kāi)發(fā)應(yīng)用、及測(cè)控方面的教學(xué)科研工作。

作者簡(jiǎn)介：

項(xiàng)目：以應(yīng)用為導(dǎo)向的嵌入式系統(tǒng)教改研究與實(shí)踐，編號(hào)：2015JGB488。