嵌入式系統(tǒng)IIC設備驅動程序設計與實現(xiàn)

1、技 術 創(chuàng) 新中 文 核 心 期 刊 微 計 算 機 信 息 (嵌 入 式 與 SOC 2006年 第 22卷 第 10-2期 元 /:現(xiàn)場總線技術應用 200例 嵌 入 式 系 統(tǒng) 應 用嵌入式系統(tǒng) IIC 設備驅動程序設計與實現(xiàn)Design and Im plem entation of IIC Drivers Based on Em bedded System(南昌工程學院 朱華生葉 軍Zhu,Huasheng Ye ,Jun摘要 :為 了 設 計 出 穩(wěn) 定 可 靠 的 驅 動 程 序 , 首 先 介 紹 IIC 總 線 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 時 序 和 嵌 入 式 Linux 系 統(tǒng)

2、驅 動 程 序 的 框 架 結 構 , 然 后 分析 了 基 于 ARM9嵌 入 式 Linux 系 統(tǒng) IIC 設 備 驅 動 程 序 設 計 的 技 術 難 點 及 解 決 方 法 , 最 后 介 紹 了 基 于 X1227芯 片 EEPROM 設 備 驅 動 程 序 的 實 現(xiàn) 步 驟 。關鍵詞 :Linux;IIC 總線 ; 驅動程序 中圖分類號 :TP311文獻標識碼 :AAbstract:To design credible drivers, first introduces the time sequence of data transmission on IIC bus and

3、 frame of driver in embed-ded linux ,then analyses difficulties of designing driver based on ARM9embedded linux , finally introduces approach of designing EEPROM drivers based on X1227. Key words:linux,IIC bus,drivers文章編號 :1008-0570(200610-2-0170-031前言IIC 總 線 (Inter Integrate Circuit Bus 是 Philips 公

4、 司首先推出的新一代串行擴展總線 , 在嵌入式系統(tǒng)中 得到了廣泛的應用 。 S3C2410處理器其性能價格比好 , 所以在嵌入式市場占有率較高 。 S3C2410采用 ARM9內(nèi)核 , 內(nèi)部集成 IIC 總線 , 因此它連接 IIC 設備非常方 便 。 本文主要研究基于 S3C2410嵌入式 Linux 系統(tǒng) IIC 設備驅動程序的設計方法 。2嵌入式系統(tǒng) IIC 總線的工作時序在 S3C2410嵌入式系統(tǒng) IIC 總線中 , 一般微處理器是總線上的主機 , 其它是從機 。 IIC 總線上可同時接 多個從機 , 每個從機都有一個唯一的地址 。圖 1IIC 總線數(shù)據(jù)傳輸時序圖主機負責 IIC 總

5、線的初始化 、 數(shù)據(jù)傳輸 、 產(chǎn)生時鐘 信號等工作 。 IIC 總線傳輸?shù)臅r序是 :從 START (開始 位 開始傳輸 , STOP (結束位 結束傳輸 。 傳送到 SDA 上的每 一個字節(jié)必 須是 8位 , 每次 傳送的字節(jié) 數(shù)不 限 , 每一個字節(jié)后面必須跟一個應答位 。 如果在傳輸 過程中 , 從設備不能 一次接受完 一個字節(jié) , 此 時它就 會使時鐘置為低電平 , 迫使主 設備等待 ; 當 從設備能 接收下一個數(shù)據(jù)字節(jié)后 , 將釋放 SCL 線 , 繼續(xù) 后面的數(shù)據(jù)傳輸 。 數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序如圖 1所示 。2.1IIC 總線寫操作時序IIC 總線寫操作有二種方式 :字節(jié)寫和頁面寫 。

6、字 節(jié)寫是指 :每次 在指定位置 寫入一個字 節(jié)數(shù)據(jù) , 時序 如圖 2(a 所示 。 首先主機向從機發(fā)送啟動信號和 “ 從 機地址 +寫 ” , 然后等待應答信號 ; 當應答信號 來到之 后再發(fā)一個器件內(nèi)部地址 , 然后再次等待應答信號 ; 當應答信號來到之后立即發(fā)送數(shù)據(jù) , 當下一個應答信 號來到之后發(fā)送停止信號 。 頁面寫和字節(jié)寫操作很類 似 , 只是主機在完成第一輪資料傳送之后不發(fā)送停止 信號 , 而繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù) , 時序如圖 2(b 所示 。圖 2IIC 總線寫數(shù)據(jù)時序圖2.2IIC 總線讀操作時序IIC 總線讀操作主要有二種方式 :指定位置讀和 連續(xù)讀 。 指定位置讀時序如圖 3(

7、a 所示 , 首先主機向 從機發(fā)送啟動信號和 “ 從 機地址 +寫 ” , 在 接收到應答 信號之后馬上發(fā)送一個器件內(nèi)部地址 , 然后再次等待 應答信號 ; 當應答信號來到之后發(fā)送一個啟動信號和 “ 從機地址 +讀 ” , 然后再次等待應答信號 ; 當應答信號 來的時候就可以接受讀取位址的字節(jié)數(shù)據(jù) , 接受完成 后發(fā)送一個停止信號 。 連續(xù)讀時序如圖 3(b 所示 , 當朱華生 :副教授基金項目 :江西省自然科學基金資助 (編號 :0511062- :360元 /年技 術 創(chuàng) 新嵌 入 式 系 統(tǒng) 應 用PLC 技術應用 200例 您 的 論 文 得 到 兩 院 院 士 關 注接收到一個字節(jié)數(shù)

8、據(jù)后 , 不 發(fā)停止信號 , 而發(fā)一個應 答信號 ; 當從機收到應答信號后其自動將地址加 1, 然后 繼續(xù)發(fā)送該地址對應的數(shù)據(jù) , 直到收到一個停止信號 。圖 3IIC 總線讀數(shù)據(jù)時序圖3嵌入式 Linux 驅動程序的框架在嵌入式 Linux 系統(tǒng)中設備驅動程序是內(nèi)核的一 部分 , 完成對設備初始化 、 讀寫操作和控制等功能 。 驅 動程序隱藏了硬件設備的具體細節(jié) , 對不同的設備提 供一致的接口 , 這些接口通過 file_operations 結構來定 義 , 設計驅動程序的大部分工作就是根據(jù)硬件結構來 “填寫 ” 結構體中定義的函數(shù) 。 主要的函數(shù)包括 open( 、 read( 、 w

9、rite( 、 ioctl( 和 release( 等等 。Open( 函數(shù)的主要功能是提供給驅動程序初始化 能力 , 為以后的設備操作做好準備 。 read( 函數(shù)的主要 功能是讀設備數(shù)據(jù) 。 write( 函數(shù)的主要功能是寫設備 數(shù)據(jù) 。 ioctl( 函數(shù)的主要功能是執(zhí)行讀 、寫之外的操作 , 如 :配置設備 。 release( 函數(shù)功能與 open( 函數(shù)相反 。除以上幾個函數(shù)以外 , 還有 2個非常重要的函數(shù) module_init ( 和 module_exit ( , 驅動程序是從 mod-ule_init( 函數(shù)開始執(zhí)行 , 它是在加載模塊時執(zhí)行的 。 它 的功能是 :將初始

10、化函數(shù)加入內(nèi)核全局初始化函數(shù)列 表中 , 在內(nèi)核初始化時 執(zhí)行驅動的 初始化函數(shù) , 從而 完成驅動的初始化和注冊 , 之后驅動便停止等待被應 用軟件調(diào)用 。 module_exit( 函數(shù)的功能和 module_init( 相反 。4嵌 入 式 Linux 系 統(tǒng) IIC 設 備 驅 動程序的設計IIC 設備 (屬于字符設備 驅動程序按功能可分為 6個主要模塊 :初始化 、退出處理 、 打開 、 釋放 、 讀和寫 模塊 。 在 ARM9嵌入式系統(tǒng)中 , 連接在 IIC 總線上的設 備 , 必須按照 IIC 總線時序傳輸 。 由于 IIC 總線有多種 時序 , 這就為驅動程序設計帶來一定的難度

11、 。 在各種 時序中 , 數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結束操作都是相同的 , 所 以驅動程序的初始化 、 退 出處理 、 打開 和釋放模塊 都 相同 。 不同的時序只是讀和寫方式有所區(qū)別 , 因此要 設計不同的讀和寫模塊 。為了方便驅動程序的設計 , 可以將 IIC 總線的 4種時序寫成相應的函數(shù) 。 如 :將圖 2(a 所示的 “ 字節(jié)寫 ” 時序設計成 WrBy_Iic( 函數(shù) , 具體實現(xiàn)函數(shù)如下 :WrBy_Iic(U8slvAddr, U8addr, U8wdataIICDS=slvAddr&0xfe;/從地址 +“寫 ” 標記 IICSTAT=0xf0; /開始傳輸 Run_IicPo

12、ll(; /等待應答信號 IICDS=addr; /設備內(nèi)部地址 IICCON=0xaf; /繼續(xù)傳輸 Run_IicPoll(; IICDS=wdata; /待寫數(shù)據(jù) IICCON=0xaf; Run_IicPoll(; IICSTAT=0xd0;/停止傳輸 和以上設計類似將 “ 頁面寫 ” 設計成 WrPa_Iic( 函 數(shù) 、 “ 指定位置讀 ” 設計成 RdBy_Iic( 函數(shù) 、 “連續(xù)讀 ” 設 計成 RdCo_Iic( 函數(shù) 。 當設計具體讀寫模塊時 , 可以從 這些函數(shù)中選擇不同的函數(shù)來構成 。5X1227驅動程序的設計和實現(xiàn)X1227是一個 RTC 芯片 , 除基本的時鐘功能

13、外 ,還有 4K 位 EEPROM 等 。 它支持 IIC 總線 , 與 s3c2410連接電路如圖 4所示 。 當使用 Linux 操作系統(tǒng)時 , 可以 為 X1227芯片中的時鐘和 EEPROM 設計 2個不同的 驅動程序 。 時鐘設備地址是 (1101111X 2、 , EEPROM 設備地址是 (1010111X 2, 其中最低位是讀寫標志 。 下 面介紹 EEPROM 驅動程序的實現(xiàn)方法 。EEPROM 驅動程序主要由 6個模塊組成 , 其中打 開和釋放模塊只是建立和釋放連接 , 所以可以將它們 寫成 2個空的函數(shù) , 驅動程序的關鍵是設計初始化 、 退出處理 、 讀和寫模塊 。 另

14、外 , 設計驅動程序時 , 還必 須給結構 file_operations 結構賦初值 , 賦值語句如下 :static struct file_operations eeprom_fops =open:eeprom _open, read:eeprom _read, write:eeprom _write, release:eeprom _release,;本結構的主要作用是 :將不同的設備提供一致的 接口 。 如在應用程序中 , 對不同設備進行讀操作時 , 都 使用 read 函數(shù) , 寫操作時 , 都使用 write 函數(shù) 。圖 4X1227電路圖5.1設備初始化模塊設備初始化模塊的主要

15、功能是 :初始化設備 、 向 內(nèi)核注冊設備等 。 具體實現(xiàn)函數(shù)如下 :module_init(171-技 術 創(chuàng) 新中 文 核 心 期 刊 微 計 算 機 信 息 (嵌 入 式 與 SOC 2006年 第 22卷 第 10-2期元 /:現(xiàn)場總線技術應用 200例 嵌 入 式 系 統(tǒng) 應 用address_map(;/地址映射eepromMajor =register_chrdev (0,DEVICE_NAME, &eeprom_fops;/申請主設備號devfs_eeprom_dir =devfs_mk_dir (NULL,"eeprom", NULL; /創(chuàng)建設備

16、文件目錄devfs_eeprom_raw =devfs_register (NULL,"eeprom", /注冊設備文件 5.2設備退出處理模塊 設備初始化模塊的主要功能是 :釋放設備所占用 的資源 。 具體實現(xiàn)函數(shù)如下 :module_exit( devfs_unregister(devfs_eeprom_raw ; /刪除設備文件 devfs_unregister(devfs_eeprom_dir; /刪 除 設 備 文 件目錄unregister_chrdev(eepromMajor,DEVICE_NAME; /釋放主設備號 5.3讀數(shù)據(jù)模塊EEPROM 讀數(shù)據(jù)模塊采

17、用連續(xù)讀時序 。 具體實現(xiàn) 函數(shù)如下 :eeprom_read (struct file *filep,char *buffer,size_t length,loff_t *offInit_Iic(;/初始化 IIC 總線RdCo_Iic(0xaf,0,dbuf,length;/連續(xù)讀數(shù)據(jù)copy_to_user(buffer,dbuf,length;/內(nèi)核態(tài)到用戶態(tài) 5.4寫數(shù)據(jù)模塊EEPROM 寫數(shù)據(jù)模塊采用頁面寫時序 。 具體實現(xiàn) 函數(shù)如下 :eeprom_write (struct file *filep,char *buffer,size_tlength,loff_t *offcop

18、y_from_user (dbuf,buffer,length;/用 戶 態(tài) 到 內(nèi) 核態(tài)Init_Iic(;WrBy_Iic(0xde,0x3f,0x02; /寫狀態(tài)寄存器 WrPa_Iic(0xae,0,dbuf,length;/寫一批數(shù)據(jù) 5.5打開和釋放模塊在 EEPROM 驅動程序中 , 打開和釋放模塊沒有具 體的任務 。 具體實現(xiàn)函數(shù)如下 :int eeprom_open(struct inode *inode,struct file *filp MOD_INC_USE_COUNT;/使用計數(shù)加 1return 0;int eeprom_release (struct inode

19、*inode, struct file*filpMOD_DEC_USE_COUNT;/使用計數(shù)減 1return 0;驅動程序設計完成后 , 再編寫 Makefile 文件 , 通過 make 命令生成目標文件 , 最后利用 insmod 命令向內(nèi) 核加載驅動程序 , 這時在 /dev 就會新增一個設備文件 。6結束語以上程序在嵌入式實驗箱上進行測試 , 性能穩(wěn)定 可靠 。 本文的創(chuàng)新點是 :如何根據(jù)時序快速設計出 IIC 總線設備的驅 動程序 。 只要 仔細分析硬 件的工作時 序 , 并結合驅 動程序框架 , 就可以設計 出性能穩(wěn)定 可 靠的驅動程序 。參考文獻 :1ALESSANDRO R

20、UBINI 著 ,LISOLEG 譯 .LINUX 設備驅動程序 (第二版 M. 北京 :中國電力出版社 .2002.2朱華生 , 胡凱利 . 基地 Linux 系統(tǒng)的 HHARM9電機驅動程序設 計 J. 南昌工程學院學報 .2005,4:51-53.3陳志輝 .I2C 總線在 MCS51系列單片機數(shù)據(jù)采集中的實現(xiàn) J. 微計算機信息 ,2005,1:67-68.Biography:Zhu huasheng, male, 1965-,associate professor,re-search direction :development and application of embedded system.(330099南昌 南昌工程學院計算機系 朱華生 葉軍(Computer Science and technology department of NIT,Nan-chang,330099Zhu,Huasheng Ye,Jun通 訊 地 址 :(330099南 昌 市 高 新 技 術 開 發(fā) 區(qū) 天 祥 大 道 289號南昌工程學院計算機系 朱華生(上接第 71頁 1王小明 ,