羅東華，李海崗，王忠民

（1．山東傳媒職業(yè)學(xué)院信息工程系，山東濟(jì)南250200；2．72946部隊(duì)，山東淄博255000；3．山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所，山東濟(jì)南250014）

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到儀器儀表、工業(yè)控制等各個(gè)領(lǐng)域，成為備受關(guān)注的熱點(diǎn)［1]．而Linux作為一個(gè)源碼公開(kāi)、結(jié)構(gòu)清晰、功能強(qiáng)大，且穩(wěn)定可靠的操作系統(tǒng)，在嵌入式系統(tǒng)中占據(jù)主流位置［2]．在工業(yè)控制與監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，溫度監(jiān)控是一項(xiàng)必不可少的功能模塊．文中介紹了基于模擬量傳輸?shù)臏囟葌鞲衅髟贚inux系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)方法，闡述了可動(dòng)態(tài)加載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的配置、設(shè)計(jì)和調(diào)試步驟．

1 驅(qū)動(dòng)程序的原理

驅(qū)動(dòng)程序的目的是驅(qū)動(dòng)硬件正常工作，所以編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序要針對(duì)特定的硬件來(lái)進(jìn)行．Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是為特定的硬件提供給應(yīng)用程序的一組標(biāo)準(zhǔn)化接口，它隱藏了設(shè)備工作的細(xì)節(jié)．設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序從總體上看分為兩部分：驅(qū)動(dòng)程序與Linux內(nèi)核的接口、驅(qū)動(dòng)程序與設(shè)備的接口［3]．其代碼結(jié)構(gòu)大致可以分為如下幾個(gè)部分：驅(qū)動(dòng)程序的注冊(cè)與注銷(xiāo)、設(shè)備的打開(kāi)與釋放、設(shè)備的讀寫(xiě)操作、設(shè)備的控制操作、設(shè)備的中斷和輪詢(xún)處理［4]．

Liunx系統(tǒng)的設(shè)備分為三種類(lèi)型：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備．基于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）的溫度傳感器屬于字符設(shè)備，其實(shí)現(xiàn)流程包括設(shè)備的注冊(cè)，文件操作結(jié)構(gòu)體（file＿operations）賦值，以及編寫(xiě)文件操作結(jié)構(gòu)體中用到的函數(shù)．模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊功能非常簡(jiǎn)單，所以在文件操作結(jié)構(gòu)體中只需要設(shè)置打開(kāi)函數(shù)（open）、釋放函數(shù)（release）以及讀取函數(shù)（read）的指針，相應(yīng)的僅需要實(shí)現(xiàn)open函數(shù)、release函數(shù)和read函數(shù)．

2 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

open函數(shù)提供給驅(qū)動(dòng)程序以初始化的能力，主要工作內(nèi)容如下：

1）檢查設(shè)備特定的錯(cuò)誤（諸如設(shè)備未就緒或類(lèi)似的硬件問(wèn)題）．

2）如果設(shè)備是首次打開(kāi)，則對(duì)其進(jìn)行初始化．

3）如果有必要，更新file＿operations指針［5]．在Linux系統(tǒng)用戶(hù)空間的應(yīng)用程序中，如果要打開(kāi)溫度傳感器設(shè)備，需要調(diào)用此內(nèi)核函數(shù)（device＿open）．另外，還可以在此函數(shù)中使用一個(gè)全局變量，記錄設(shè)備打開(kāi)次數(shù)，以標(biāo)識(shí)設(shè)備是否為第一次打開(kāi)．

release函數(shù)作用與open正好相反，它釋放由open分配的所有資源，并關(guān)閉設(shè)備．同樣的，記錄設(shè)備打開(kāi)次數(shù)的全局變量需要在此函數(shù)中進(jìn)行減操作．

read函數(shù)的作用是拷貝數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序空間，其表達(dá)式為：

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

參數(shù)file是文件指針，參數(shù)buffer是指向用戶(hù)空間的緩沖區(qū)，參數(shù)length是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，參數(shù)loff＿t是指向長(zhǎng)偏移量類(lèi)型（long offset type）對(duì)象的指針．該函數(shù)內(nèi)部的程序流程圖如圖1所示．

圖1 read函數(shù)程序流程圖

read函數(shù)還檢查用戶(hù)空間的指針是否有效，如果指針無(wú)效，就不會(huì)進(jìn)行拷貝；如果在拷貝過(guò)程中遇到無(wú)效地址，則僅僅會(huì)復(fù)制部分?jǐn)?shù)據(jù)．

3 驅(qū)動(dòng)程序的加載和測(cè)試

驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)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(biāo)文件的名稱(chēng)，KERNELDIR是內(nèi)核路徑．

有了adcdriver．c和makefile文件，使用make命令即可得到驅(qū)動(dòng)文件adcdriver．ko．然后使用insmod命令動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng)程序，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的溫度傳感器驅(qū)動(dòng)就加載進(jìn)了Linux內(nèi)核中．

為了測(cè)試該驅(qū)動(dòng)程序，需要編寫(xiě)Linux系統(tǒng)用戶(hù)空間下的應(yīng)用程序adc．c，程序流程圖如圖2所示．

圖2 應(yīng)用程序adc．c的流程圖

在Linux的用戶(hù)空間運(yùn)行此應(yīng)用程序，能夠得到嵌入式處理器S3C2440模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的有效數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度傳感器模擬量數(shù)值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可獲取外部環(huán)境溫度．

4 結(jié)束語(yǔ)

文中介紹了Linux操作系統(tǒng)下驅(qū)動(dòng)程序的基本原理和框架，編寫(xiě)了基于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）的溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序，并給出實(shí)際項(xiàng)目中的操作步驟，對(duì)實(shí)現(xiàn)同類(lèi)芯片的其他硬件驅(qū)動(dòng)有很好的參考價(jià)值．

［1] 張威，黃沖．嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方法研究［J] ．江西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，31（4）：391－393．

［2] 巍鶩，張煥強(qiáng)，方貴明．基于Linux的USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)［J] ．計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2002，22（8）：17－19．

［3] 李亞峰，歐文盛．ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從入門(mén)到精通［M] ．北京：清華大學(xué)出版社，2007．

［4] 陳濤，余學(xué)才，朱良銷(xiāo)．信號(hào)發(fā)生模塊的Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)［J] ．化工自動(dòng)化及儀表，2010，37（11）：88－91．

［5] Corbet J，Rubini A，Hartman G K．Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序［M] ．北京：中國(guó)電力出版社，2006．