基于uclinux的CAN總線嵌入式驅(qū)動編程

1、基于uclinux的can總線嵌入式驅(qū)動編程介紹了uclinux 操作系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)以及設(shè)備驅(qū)動編程的基本原理，并對can 的系統(tǒng)舉行了硬件設(shè)計及軟件驅(qū)動編程，提出can 總線技術(shù)應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的一種計劃。1 引言早期應(yīng)用于八位軟件設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)主要為前后臺系統(tǒng)（或超循環(huán)系統(tǒng)），程序大約在幾千行以內(nèi)，由兩部分組成,即其應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用函數(shù)完成相應(yīng)的操作，屬于后臺行為；其中斷服務(wù)程序處理異步大事，屬于前臺行為.隨著嵌入式系統(tǒng)功能越來越龐雜，如友好的人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程監(jiān)控等.各種任務(wù)的優(yōu)先級不同，傳統(tǒng)的設(shè)計辦法無法完成，程序長達(dá)數(shù)萬行，程序員必需同繁瑣的底層硬件打交道，

2、這樣效率低下.現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)展為嵌入式微處理器提供了更多的外設(shè)，通用的如串口、并口、以太網(wǎng)口、現(xiàn)場總線、口等.基于免費自由軟件進(jìn)展而來的嵌入式系統(tǒng)uclinux，是一種免費的嵌入式操作系統(tǒng).uclinux系統(tǒng)具有內(nèi)核小、效率高、源碼開放、性能穩(wěn)定、大量的開發(fā)工具、良好的開發(fā)環(huán)境等特點，并且各種應(yīng)用程序豐盛，是舉行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最優(yōu)秀工具之一.2 uclinux操作系統(tǒng)簡介uclinux 系統(tǒng)主要由用戶進(jìn)程、系統(tǒng)調(diào)用接口、uclinux 內(nèi)核、硬件控制器等四部分組成.用戶進(jìn)程是用戶按照自己的設(shè)計和功能要求開發(fā)的應(yīng)用程序，通過調(diào)用系統(tǒng)的功能函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)功能；系統(tǒng)調(diào)用接口通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)

3、內(nèi)核的接口，這些調(diào)用和服務(wù)也可以看成是系統(tǒng)內(nèi)核的一部分；uclinux 內(nèi)核是操作系統(tǒng)的靈魂，它抽象了許多硬件詳情，將全部的硬件抽象成統(tǒng)一的虛擬接口，使程序可以以一種統(tǒng)一的方式舉行數(shù)據(jù)處理，它主要包括基于優(yōu)先級的進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口、進(jìn)程間通訊等五部分；硬件控制器則包含了系統(tǒng)需要的全部可能的物理設(shè)備.以上四個部分之間的每個子系統(tǒng)都只能跟鄰近的系統(tǒng)舉行通信。uclinux 的設(shè)備管理系統(tǒng)是嵌入式操作系統(tǒng)的重要組成部分，它可以分為：下層、與設(shè)備相關(guān)的，即所謂的設(shè)備驅(qū)動程序，挺直與相應(yīng)的設(shè)備打交道，并向上提供一組拜訪接口；以及上層、與設(shè)備無關(guān)，按照輸入輸出哀求，通過特定設(shè)備驅(qū)動提供

4、的接口，與設(shè)備舉行通信.如通用的串口、網(wǎng)卡等驅(qū)動程序在uclinux 中都可以找到.3 uclinux驅(qū)動編程原理uclinux嵌入式系統(tǒng)不能象linux一樣動態(tài)加載驅(qū)動程序模塊，而只能同內(nèi)核一起編譯，與應(yīng)用程序、其他驅(qū)動程序一起固化到可擦寫的flash上，驅(qū)動程序長駐內(nèi)存，是靜態(tài)驅(qū)動程序.uclinux系統(tǒng)按照設(shè)備性質(zhì)的不同，將設(shè)備分為四種類型：字符設(shè)備(char)、塊設(shè)備(block)、網(wǎng)絡(luò)接口( net )和其他設(shè)備驅(qū)動程序模塊.在下載的uclinux源代碼包中，可以在uclinux/linux/drivers名目下面看到通用設(shè)備如char,block, net, cdrom, scsi

5、, sound等.系統(tǒng)對于每個設(shè)備都對應(yīng)一個主設(shè)備號和一個次設(shè)備號，不同的設(shè)備可以對應(yīng)相同的主設(shè)備號，應(yīng)用程序拜訪設(shè)備通過不同的次設(shè)備號來識別和區(qū)分設(shè)備.在linux系統(tǒng)/dev名目下通過輸入ls -l指令可以查到系統(tǒng)已注冊的設(shè)備，因此編寫新的驅(qū)動程序時必需向系統(tǒng)注冊該設(shè)備.在uclinux系統(tǒng)中，通過register_chrdev函數(shù)實現(xiàn)注冊.uclinux系統(tǒng)將全部硬件抽象成虛擬的文件系統(tǒng)，全部的字符設(shè)備、塊設(shè)備都支持文件操作接口，因此可以對這種虛擬的設(shè)備文件系統(tǒng)舉行文件操作.通常對設(shè)備文件舉行的操作有open、read、write、release等，即打開、讀、寫、釋放文件.每一個設(shè)備驅(qū)

6、動程序?qū)嵸|(zhì)上是用來完成特定任務(wù)的一組函數(shù)集. 驅(qū)動程序擁有一個稱為fileoperation 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),其中包含指向驅(qū)動程序內(nèi)部大多數(shù)函數(shù)的指針.引導(dǎo)系統(tǒng)時，內(nèi)核調(diào)用每一個驅(qū)動程序的初始化函數(shù)，將驅(qū)動程序的主設(shè)備號以及程序內(nèi)部的函數(shù)地址結(jié)構(gòu)的指針傳輸給內(nèi)核.這樣，內(nèi)核就能通過設(shè)備驅(qū)動程序的主設(shè)備號索引拜訪驅(qū)動程序內(nèi)部的子程序，完成打開、讀、寫等操作.程序員常常瀕臨的一項工作就是為系統(tǒng)的新設(shè)備編寫驅(qū)動程序.在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，為了便于數(shù)據(jù)通訊，在底層常采納現(xiàn)場總線，目前廣泛應(yīng)用于過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及等領(lǐng)域，下面介紹can總線應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的驅(qū)動編程.4

7、can 總線的性能特點can(controller area network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò).can 總線目前已形成國際標(biāo)準(zhǔn) version2.0.該技術(shù)規(guī)范包括a 和b 兩部分.2.0a 給出了can 報文標(biāo)準(zhǔn)格式，而2.0b 給了出廠標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種格式.can 總線是應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，can為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在隨意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈便，且無需站地址等節(jié)點信息；can 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求；can 采納非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退動身送，而最

8、高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)；can 只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需特地的“調(diào)度”，can 的挺直通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km(速率5kbps 以下)；通信速率最高可達(dá)1mbps(此時通信距離最長為40m).can 上的節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動，目前可達(dá)110個；采納短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時光短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果；can 的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖等.can 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的牢靠性、實時性和靈便性.5 can總線的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計選用samsung公司的s3c4510b作為嵌入式系統(tǒng)的微處理器芯片，該處理

9、器是16/32位risc微處理控制器，內(nèi)含由公司設(shè)計的16/32位arm7tdmi risc處理器核，適用于價格及功耗敏感的場合.除內(nèi)核外，該微處理器的片內(nèi)外圍功能模塊包括：2個帶緩沖描述符的hdlc通道；2個uart通道；2個gdma通道；2個32位定時器及可編程i/o口.can控制器選用philips公司的sja1000，該芯片與pca82c200電氣兼容，帶64字節(jié)先進(jìn)先出（fifo）堆棧，兼容協(xié)議can2.0b，支持11位和29位識別碼，位速率可達(dá)1mbps，24mhz時鐘頻率，芯片內(nèi)含寄存器，可由用戶配置can總線波特率，設(shè)置驗收屏蔽標(biāo)識碼，可配置系統(tǒng)為pelican 模式或basi

10、ccan模式，出錯告警等.該系統(tǒng)采納82c250作為，其硬件連線（1）所示.ad0"ad7與s3c4510b的p0"p7連線，/cs接p12，ale接p13，/rd接p14，/wr接p15，/int接xintreq0.圖1 sja1000硬件連線6 驅(qū)動軟件設(shè)計圖2 can總線初始化框圖本設(shè)計中，can總線驅(qū)動程序是作為一個模塊放在linux/deriver/char/文件夾里面，軟件流程（2）所示，其設(shè)計具體介紹如下.模塊首先對引用的庫函數(shù)舉行申明，并且定義：define iopmod (*(volatile unsigned *)0x3ff5000)define iop

11、data (*(volatile unsigned *)0x3ff5008)define iopcon (*(volatile unsigned *)0x3ff5004)define extdbwth(*(volatile unsigned *)0x3ff5define syscfg(*(volatile unsigned *)0x主要有以下幾個模塊：void can_init(void)syscfg =syscfg & 0x0fffffffd;extdbwth =extdbwth& 0x00ff0ff;iopmod=0xf0ff;iopdata=0x6000; 寄存器地址0,

12、mod寄存器iopdata= io_pdata ale=0 配置mod寄存器iopdata= io_pdata|0x3f; ； 復(fù)位模式、使能iopdata=0x6006; ；寄存器地址6，總線定時器0寄存器iopdata=io_pdata ale=0配置寄存器iopdata= io_pdata|0x3f; 跳轉(zhuǎn)寬度、波特率設(shè)置；配置總線定時器1、驗收代碼寄存器等iopdata=0x6000; sja1000 寄存器地址0,mod寄存器iopdata=io_pdata ale=0配置mod寄存器iopdata= io_pdata 寫復(fù)位位，進(jìn)入工作模式result = register_chr

13、dev(254,"can",&can_fops)；申請主設(shè)備號if (resulti_rdev); 設(shè)備號int type = type(inode->i_rdev); 設(shè)備類型if (num>=scull_nr_devs) return -enodev;dev = &scull_devicesnum;flip->private_data = dev;mod_inc_use_count; 用戶數(shù)人工計數(shù)iopcon=0x16; /xirq0disable_irq(int_can);if(request_irq(int_can, &can_rx,sa_interrupt, "can rx isr","can") printk("s3c4510-can: can't get irq %dn