第9章

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)實(shí)例本章要點(diǎn)1、GPIO設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)2、鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)3、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)5、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)9.1通用I/O接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)通用I／O接口（GeneralPurposeIO，GPIO）是嵌入式系統(tǒng)中一種非常重要的I／O接口。它具有使用靈活、可配置性好、硬件代價(jià)小等優(yōu)點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。9.1.1

GPIO設(shè)備驅(qū)動(dòng)

GPIO屬于字符設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)可以歸類(lèi)為L(zhǎng)inux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)。開(kāi)發(fā)這類(lèi)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，要為設(shè)備分別設(shè)計(jì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和用戶(hù)應(yīng)用程序，其設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一般方法與步驟與上節(jié)內(nèi)容是相同的。9.1.2

PXA270的GPIO端口簡(jiǎn)介PXA270處理器在設(shè)計(jì)上有121個(gè)復(fù)用功能輸入輸出GPIO端口的引腳，但其中的GPIO119與GPIO120兩端口沒(méi)被引出，因此，實(shí)際可用的只有119個(gè)引腳，它們是GPIO0～GPIO118，其端口名為GPIO<120：0＞。PXA270處理器的每一個(gè)GPIO端口都可以由軟件設(shè)置來(lái)滿(mǎn)足各種系統(tǒng)配置和設(shè)計(jì)需求。9.1.3編寫(xiě)LED設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序【例9-1】編寫(xiě)一個(gè)PXA270開(kāi)發(fā)板上連接在GPIO端口的LED驅(qū)動(dòng)程序，使開(kāi)發(fā)板上的發(fā)光二極管每隔1秒鐘閃爍一次。1、LED電路分析我們要編寫(xiě)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序及應(yīng)用程序來(lái)控制GPIO96的電平。通過(guò)接在GPIO端口的LED按照一定的時(shí)間間隔亮滅閃爍來(lái)判斷，是否CPU做出了正確的響應(yīng)。其電路原理圖如圖9.1所示：2、編寫(xiě)LED驅(qū)動(dòng)程序LED驅(qū)動(dòng)程序見(jiàn)教材，將其保存為：led_drv.c文件。9.1.4編寫(xiě)LED用戶(hù)應(yīng)用程序在編寫(xiě)用戶(hù)應(yīng)用程序過(guò)程中，考慮通過(guò)接口open()函數(shù)打開(kāi)設(shè)備，再通過(guò)接口ioctl()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制功能。其調(diào)用關(guān)系如圖9.2所示：在用戶(hù)應(yīng)用程序中，其核心語(yǔ)句為：接口ioctl()的參數(shù)在0、1之間交替取值，使得驅(qū)動(dòng)程序中第31、32行的狀態(tài)交替出現(xiàn)，控制GPIO的輸出電平高低變化，從而使發(fā)光二極管LED按照一定的時(shí)間間隔亮滅，實(shí)現(xiàn)閃爍的效果。即：當(dāng)LED_OFF代表數(shù)值0，LED_ON代表數(shù)值1時(shí)

ioctl(fd,LED_OFF);

sleep(1);

//休眠1秒鐘

ioctl(fd,LED_ON);

sleep(1);

//休眠1秒鐘9.2鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)9.1.1鍵盤(pán)原理介紹1、按鍵原理鍵盤(pán)電路點(diǎn)觸按鍵產(chǎn)生抖動(dòng)2．矩陣鍵盤(pán)原理9.2.2鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)思路分析下面以一個(gè)6×4按鍵的鍵盤(pán)為例來(lái)講述鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)方法。該鍵盤(pán)有四列，其地址分別為：0xfe、0xfd、0xfb、Oxf7。該鍵盤(pán)的六行地址分別為：0xfe、0xfd、0xfb、Oxf7、0xef、0xdf。各行按鍵的地址分布排列如表9.1所示：表9.2各按鍵的地址分布排列1、頭文件#include<linux/config.h>#include<linux/kernel.h>#include<linux/sched.h>#include<linux/timer.h>#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<asm/hardware.h>#include<asm/io.h>#include<linux/delay.h>#include<linux/fs.h>2、處理設(shè)備I/O端口的數(shù)據(jù)的幾個(gè)重要函數(shù)（1）ioremap（）函數(shù)函數(shù)ioremap()的作用是把一個(gè)物理內(nèi)存地址點(diǎn)映射為一個(gè)內(nèi)核指針，實(shí)現(xiàn)從物理地址到內(nèi)核空間虛擬地址的映射。（2）inb（）函數(shù)函數(shù)inb（<端口地址>）作用是從端口讀取一個(gè)字節(jié)，這個(gè)函數(shù)的返回值就是從這個(gè)端口讀取到的數(shù)據(jù)。（3）outb（）函數(shù)函數(shù)outb（<數(shù)值>，<端口地址>）的作用是向端口發(fā)送數(shù)值。3、設(shè)備初始化定義設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的初始化函數(shù)KEYBOARD_CTL_init()，在該函數(shù)中實(shí)現(xiàn)向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)和初始化寄存器。（1）向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備（2）初始化寄存器（3）初始化函數(shù)KEYBOARD_init()4、驅(qū)動(dòng)程序的file-operation數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5、鍵盤(pán)掃描的接口函數(shù)【例9-2】編寫(xiě)一個(gè)6×4按鍵的鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序。源程序見(jiàn)教材9.2.4鍵盤(pán)用戶(hù)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)1、鍵盤(pán)用戶(hù)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)分析（1）獲取設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的文件描述符（2）調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的read()方法，讀取檢測(cè)到的按鍵數(shù)據(jù)值（3）在用戶(hù)應(yīng)用程序中還用到一個(gè)函數(shù)usleep()，usleep()函數(shù)的作用是：休眠若干微秒，延遲執(zhí)行的時(shí)間，起到去除抖動(dòng)的作用。9.3直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)9.3.1直流電機(jī)控制電路設(shè)計(jì)1、GPIO端口控制直流電機(jī)原理圖利用嵌入式開(kāi)發(fā)板的GPIO端口控制直流電機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用。GPIO端口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，其電路原理圖如圖9.7所示。2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298特性簡(jiǎn)介

L298N是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。表9.3控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4輸入PWM信號(hào)改變脈寬可調(diào)速調(diào)速端A調(diào)速端BM1正轉(zhuǎn)高低//高/反轉(zhuǎn)低高//高/停止低低//高/M2正轉(zhuǎn)//高低/高反轉(zhuǎn)//低高/高停止低低///高9.3.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序1、設(shè)備初始化（1）向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備我們定義電機(jī)的主設(shè)備號(hào)宏符號(hào)名為ZLDJ_MAJOR，設(shè)備名稱(chēng)為zldj_drv，設(shè)備的結(jié)構(gòu)體為&ZLDJ_ops，則：

devfs_register_chrdev(ZLDJ_MAJOR,"zldj_drv",ZLDJ_ops);（2）設(shè)備初始化函數(shù)（3）驅(qū)動(dòng)程序的file-operation數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)staticstruct

file_operations

ZLDJ_ops={

ioctl:ZLDJ_ioctl,};2、控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和停止的接口函數(shù)定義控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和停止的接口函數(shù)ioctl()。主要是設(shè)置寄存器GPSR與寄存器GPCR的值。GPSR為置位寄存器，當(dāng)取值1時(shí)，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。

GPSR2|=(0x1<<20);//電機(jī)正轉(zhuǎn)

GPSR2|=(0x1<<18);//電機(jī)反轉(zhuǎn)GPCR為復(fù)位寄存器，當(dāng)取值1時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

GPCR2|=(0x1<<20);//電機(jī)正轉(zhuǎn)停止

GPCR2|=(0x1<<18);//電機(jī)反轉(zhuǎn)停止9.3.3直流電機(jī)用戶(hù)應(yīng)用程序（1）獲取直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的文件描述符fd=open("/dev/zldj_drv",O_RDWR);（2）調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中的ioctl()方法，向電機(jī)發(fā)出控制指令：

ioctl(fd,0x1,1000);9.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)9.4.2嵌入式系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)

9.4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)1、頭文件設(shè)計(jì)鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序，要使用Linux系統(tǒng)頭文件，其頂部位于/*ARM_Linux。2、設(shè)備初始化定義初始化函數(shù)BJDJ_init()，在該函數(shù)中實(shí)現(xiàn)向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)和初始化寄存器。（1）向系統(tǒng)注冊(cè)設(shè)備ret=devfs_register_chrdev(BJDJ_MAJOR,"BJDJ",&bjdj_ops);（2）初始化通用I/O端口GPIO對(duì)通用I/O端口GPIO的GPDR和GAFR寄存器設(shè)置初值：GPSR為置位寄存器，當(dāng)1時(shí)，電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。GPCR為復(fù)位寄存器，當(dāng)1時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。GPDR為方向寄存器，1為輸出，0為輸入。GAFR為第二功能寄存器，3、定義設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由于本驅(qū)動(dòng)程序只需對(duì)設(shè)備I／O端口進(jìn)行控制處理，故在設(shè)備驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中僅定義了一個(gè)ioctl()接口函數(shù)：staticstruct

file_operations

bjdj_ops={

ioctl: bjdj_ioctl,

};

4、對(duì)電機(jī)設(shè)備控制的ioctl()函數(shù)（1）定義數(shù)組bit[]，接收來(lái)自用戶(hù)應(yīng)用程序的指令。

bit[0]=(cmd&0x01)>>0;bit[1]=(cmd&0x02)>>1;bit[2]=(cmd&0x04)>>2;bit[3]=(cmd&0x08)>>3;bit[4]=(cmd&0x10)>>4;bit[5]=(cmd&0x20)>>5;bit[6]=(cmd&0x40)>>6;bit[7]=(cmd&0x80)>>7;（2）控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向由用戶(hù)應(yīng)用程序發(fā)送1組cmd指令：0x07、0x0b、0x0d、0x0e，數(shù)組bit[]得到4組不同的數(shù)值，從而控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向。若要正轉(zhuǎn)：GPSR為置位寄存器，當(dāng)1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。若要停止：GPCR為復(fù)位寄存器，當(dāng)1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）為控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，對(duì)數(shù)組賦值

switch(bit[0]){ case1:

/*將GPSR1的第20位設(shè)置為1*/ GPSR1|=(0x1<<20);

break; case0:

/*將GPCR1的第20位設(shè)置為1*/ GPCR1|=(0x1<<20);

break; default: return0; }9.4.4步進(jìn)電機(jī)用戶(hù)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)打開(kāi)設(shè)備文件獲取文件描述符

fd=open("/dev/BJDJ",O_RDWR);

然后，通過(guò)選擇“1”、“2”及其他數(shù)值來(lái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)狀況。9.5

數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)9.5.1數(shù)碼管工作原理 數(shù)碼管所組成的數(shù)字由7段LED組成，另外還有一個(gè)發(fā)光的小數(shù)點(diǎn)。這8個(gè)發(fā)光二極管分別為a、b、c、d、e、f、g段和DP點(diǎn)。其實(shí)物、分段編號(hào)及連線示意圖如圖9.14所示。

9.5.2譯碼器74LS48簡(jiǎn)介通常在嵌入式系統(tǒng)處理器與數(shù)碼管之間有一個(gè)譯碼器，由譯碼器完成譯碼工作。由于中央處理器的輸出信號(hào)是4位的8421BCD碼，需要用譯碼器將其轉(zhuǎn)換成7位二進(jìn)制信號(hào)。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和嵌入式系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。9.5.3數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)實(shí)例1、驅(qū)動(dòng)程序的主要功能模塊（1）GPIO端口的初始化設(shè)置設(shè)置GPDR2為I/O輸出端口（GPDR2端口詳見(jiàn)本章表9.1），該模塊由初始化函數(shù)HW_SERIAL_LED_init()調(diào)用，其代碼如下：voidgpio_init(void){GPDR2位于[95:64]，0x3左移26位，則GPIO90和GPIO91為1，即將其設(shè)為輸出。

printk("GPDR2=%x\n",GPDR2);GPDR2=GPDR2|(0x3<<26); printk("GPDR2=%x\n",GPDR2);}（2）用戶(hù)空間與內(nèi)核空間操作接口用戶(hù)空間與內(nèi)核空間操作接口由file_operations結(jié)構(gòu)體定義，這個(gè)結(jié)構(gòu)體在驅(qū)動(dòng)程序中完成了用戶(hù)空間應(yīng)用程序操作函數(shù)與內(nèi)核空間操作函數(shù)的一一對(duì)應(yīng)，代碼如下：struct

file_operations

LED_ops={open:LED_open,read:LED_read,write:LED_write,ioctl:LED_ioctl,release:LED_release,};（3）數(shù)碼管顯示數(shù)字的SERIAL_LED_write（）函數(shù)模塊

數(shù)碼管的功能是將數(shù)字信號(hào)正確顯示出來(lái)，該功能由SERIAL_LED_write（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)，其代碼如下：ssize_t

SERIAL_LED_write(structfile*file,constchar*buf,size_tcount,loff_t*f_ops){

inti;

printk("data=%x\n",*buf);調(diào)用函數(shù)顯示數(shù)字函數(shù)

write_byte(*buf); returncount;} 2、數(shù)字顯示函數(shù)（1）控制LED管的亮滅由置位寄存器和復(fù)位寄存器輸出高電平或低電平來(lái)控制LED管的亮滅。其代碼如下：voidwrite_bit(intdata){ GPCR2|=(0x1<<27);

if((data&0x80)==0x80)

GPSR2|=(0x1<<26); else

GPCR2|=(0x1<<26);

GPSR2|=(0x1<<27);}（2）由七段LED管組成數(shù)字

voidwrite_byte(intdata){

inti;

for(i=0;i<8;i++)

write_bit(data<<i);}3、函數(shù)write_byte(intdata)顯示數(shù)字情況分析（1）data=0x3f當(dāng)data<<（左移）i位,i=0，1,2,…,7時(shí)，data與0x80=10000000按位與運(yùn)算（2）data=0x0

寄存器取值與七段LED亮滅所組成數(shù)字的關(guān)系

data顯示DP(點(diǎn))(g)(f)(e)(d)(c)(b)(a)data=0x3f0GPCR2GPCR2GPSR2GPSR2GPSR2GPSR2GPSR2GPSR2

data=0x061GPCR2GPCR2GPCR2GPCR2GPCR2GPSR2GPSR2