嵌入式計算機系統(tǒng)課程設(shè)計報告

1、上海電力學院課程設(shè)計報告設(shè)計題目:基于ARM和Linux的I2C總線讀寫程序設(shè)計與實現(xiàn)專業(yè)： 自動化工程學院 班級： 000000姓名： 11111111學號： 111111111. 課題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用分析:（1）掌握 I2C 總線控制器驅(qū)動程序的使用方法； （2）掌握使用 I2C 總線控制器驅(qū)動程序訪問 CAT1025 的方法。（3）使用 I2C 總線控制器驅(qū)動程序編寫應(yīng)用程序，往 CAT1025 內(nèi)部寫入 16 個字節(jié)，然后讀回并進行校驗。 I2C(inter-integrated-circuit)總線，是由菲利普公司開發(fā)的一種同步串行總線協(xié)議，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備

2、，最初是為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)的。如今I2C在各種電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)中常常使用這個總線連接RAM,EEPROM以及LCD控制器等設(shè)備。I2C總線因協(xié)議成熟，引腳簡單，傳輸速率高，支持的芯片多，并且有利于實現(xiàn)電路的標準化和模塊化，得到了包括Linux在內(nèi)的很多操作系統(tǒng)的支持，受到開發(fā)者的青睞。Linux內(nèi)核中針對I2C的總線特性，其設(shè)備驅(qū)動使用了一種特殊的體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)I2C總線設(shè)備驅(qū)動程序就必須理解Linux的I2C總線驅(qū)動的體系結(jié)構(gòu)。2. 課題總體方案設(shè)計及功能模塊介紹:在嵌入式ARM平臺及Linux環(huán)境下，掌握I2C總線控制器驅(qū)動程序的使用方法，掌握使用I2C總線控制器驅(qū)

3、動程序訪問CAT1025的方法，向CAT1025內(nèi)部寫入多個字節(jié)，然后讀回并進行校驗。功能模塊：CAT1025JI-30,E2PROM, I2C 總線(1) CAT1025JI-30 為了提高整個系統(tǒng)的可靠性，復位電路采用了帶手動復位的電源監(jiān)控復位芯片CAT1025JI-30。CAT1025JI-30 內(nèi)置有 256 字節(jié)的 E2PROM 存儲器，I2C 總線接口。工作頻率高達 203MHz所以使用了 S3C2410A芯片的 I2C 總線接口與其連接，電路原理如圖 1.12 所示。 圖 1.12如圖 1.12 所示，I2C 總線上拉電阻 R8、R9 的大小為 4.7K。CAT1025JI-30

4、 的器件地址為 0xA0， 如果用戶板(即底板)上需要使用地址為 0xA0 的 I2C器件， 或者需要將 I2CSDA、I2CSCL 用作 GPIO，則可以將電阻 R19、R20 拆除(圖 1.12 中的虛線框部分)。 說明：DeviceARM2410 默認配置時，R19、R20 是焊接的。CAT1025 內(nèi)部包含256字節(jié)的讀寫空間,通過 USB 總線讀/寫 CAT1025 時，包括下兩項操作： （1）讀 CAT1025：PC 通過 USB 總線發(fā)送讀命令（1 字節(jié)） ，S3C2410A從CAT1025 讀取 256 字節(jié)，通過 USB 總線發(fā)回 PC。 （2）寫 CAT1025：PC 通過

5、 USB 總線發(fā)送 257字節(jié)（其中包括1字節(jié)的寫命令及 256字節(jié)的數(shù)據(jù)），S3C2410A 將 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入CAT1025。寫入成功后，將成功寫入的字節(jié)數(shù)（2 字節(jié)）通過 USB 總線發(fā)回 PC。 可見，讀 CAT1025 時，PC 發(fā)送 1 字節(jié)，但 S3C2410A返回 256 字節(jié)。 寫 CAT1025 時，PC 發(fā)送 257 字節(jié)，但 S3C2410A返回 2 個字節(jié)。 為了編程方便起見，規(guī)定：PC 與 S3C2410A通過 USB 總線通信時，一幀的長度為 259字節(jié)，一個幀的定義如下：寫 CAT1025 的過程與讀 CAT1025 的過程類似。寫 CAT1025 的過

6、程如圖 6.4 所示。PC 作為主動方，MagicARM2410 作為被動方。（1） PC 發(fā)送一個寫命令幀，命令為：寫命令（1 字節(jié)） ，數(shù)據(jù)長度字段：值為 256，數(shù)據(jù)字段為：要寫入 CAT1025 的 256 個字節(jié)。 （2） MagicARM2410 使用 USB 設(shè)備控制器驅(qū)動程序的讀端點函數(shù)接收到寫命令幀，就使用 I2C 總線控制器驅(qū)動程序提供的 API 函數(shù)將 256 字節(jié)寫入 CAT1025。 （3） MagicARM2410 使用 USB 設(shè)備控制器驅(qū)動程序的寫端點函數(shù)，發(fā)送響應(yīng)幀到PC。響應(yīng)幀的數(shù)據(jù)長度字段為：成功寫入字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)字段則為無效。 （4）PC 收到響應(yīng)幀， 根

7、據(jù)響應(yīng)幀中成功寫入字節(jié)數(shù)， 就可判斷寫 CAT1025 是否成功。至此，寫 CAT1025 操作完成。(2) E2PROM 存儲器電路 :EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，電可擦可編程只讀存儲器-一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲芯片。 EEPROM 可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。一般用在即插即用。(3) I2C 總線控制器:I2C總線是器件間串行傳輸總線，以其規(guī)范和帶I2C接口的外圍器件獲得廣泛應(yīng)用。S3C2410處理器內(nèi)置有I2C總線接口。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，

8、可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，每個器件都有一個唯一的地址識別。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有3種信號：(1)開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。(2)結(jié)束信號：SCL為低電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。(3)應(yīng)答信號：接收數(shù)據(jù)的IC接收到8 bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后，等待受控單元發(fā)出應(yīng)答信號，CPU接收到應(yīng)答信號后，根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應(yīng)答信號，則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。圖1為S3C2410和ZLG7290的連接圖。(a)驅(qū)動模塊的結(jié)構(gòu):S3C2410A

9、 微控制器內(nèi)嵌了一個 I2C 總線控制器。在 Linux 操作系統(tǒng)中，該控制器的字符型驅(qū)動包括以下四個模塊，它們對應(yīng)的源程序及簡介如表 6.1 所示。當需要使用 I2C 總線控制器驅(qū)動模塊時，可以使用 I2C 總線控制器驅(qū)動的設(shè)備管理文件loadi2c,其內(nèi)容如程序清單6.1所示。本管理文件運行后,將自動在 Linux 的/dev/目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點 i2c。I2C 總線控制器驅(qū)動 （字符型） 提供的 API 函數(shù)除了 read()與 write()以外， 還提供了 ioctl()函數(shù)用于設(shè)定 I2C 總線控制器的一些參數(shù)，該函數(shù)常用的命令列表如表 6.2 所示，該函數(shù)可以使用的全部命令請見驅(qū)

10、動源碼中的 i2c.h 文件的具體說明?？衫胕oct1函數(shù)操縱虛終端設(shè)備文件，實現(xiàn)與Unix系統(tǒng)內(nèi)核的交互，得到我們所需要的服務(wù)。使用ioct1的具體形式如下： int ioct1(int filedes,int request,/參數(shù)/) 其中filedes為打開的虛終端設(shè)備文件描述符，request為請求的服務(wù)，隨后的參數(shù)可為各種數(shù)據(jù)類型，視具體情況而定。(b)驅(qū)動源文件的編譯:驅(qū)動源文件包括i2c-algo-s3c2410c，i2c-devc，i2c-corec，i2c-s3c2410c4個源文件。將其編譯為模塊，則產(chǎn)生4個模塊文件，編譯工作由Makefile文件完成,其文件內(nèi)容如圖1

11、所示：當需要使用I2C總線控制器驅(qū)動模塊時，可以使用I2C總線控制器驅(qū)動的設(shè)備管理文件loadi2c。該管理文件運行后，將自動在Linux的dev目錄下創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點i2c，如圖2所示： 圖1 圖23系統(tǒng)硬件平臺及接口設(shè)計； 硬件： PC 機 一臺 MagicARM2410 教學實驗開發(fā)平臺 一套 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試模型4 . 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計，程序流程圖及代碼實現(xiàn): 軟件功能設(shè)計步驟：(1) 在 PC 端，打開終端或者進入虛擬控制臺，進入 arm實驗目錄/zylinux/armwork/，為本實驗新建工作目錄 cat1025。 $ cd /zylinux/armwork $ mkdir cat10

12、25 (2) 使用vi在cat1025文件中建立文件 cat1025.c，編寫實驗代碼并保存。（退出時按Esc+:+wq） $ vi cat1025.c (3) 修改 Makefile使其適合于本實驗。 EXEC = cat1025 OBJS = cat1025.o SRC = cat1025.c (4) 編譯程序，生成可執(zhí)行代碼 cat1025。 $ make 或者跳過第三第四部直接arm-linux-gcc cat1025.c o cat1025.o（5）啟動 ARM Linux。將實驗箱串口 0 和 PC 主機串口相連，同時將網(wǎng)線插入實驗箱網(wǎng)卡，將實驗箱接入以太網(wǎng)。在 PC 端打開 mi

13、nicom 或者超級終端，并進行正確設(shè)置（6） 進行NFS連接， 將主機NFS共享目錄的/zylinux/armwork目錄mount到ARM Linux的/mnt 目錄下。 # mount t nfs 192.168.0.94:/zylinux/armwork /mnt o nolock （7）進入 I2C總線控制器驅(qū)動程序所在目錄，先加載 I2C 驅(qū)動，然后進入 cat1025 目錄，運行程序，查看運行結(jié)果。 #./loadi2c# ./cat1025 程序代碼：#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <

14、fcntl.h> /* 文件操作 */ #include "i2c.h" /* I2C總線控制器驅(qū)動命令 */ #define I2C_ADDR 0xA0 /* CAT1025從機地址 */ int main() int fd,ret,i; unsigned char suba; char buf9 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8; fd = open("/dev/i2c/0", O_RDWR); /* 打開設(shè)備 */ if(fd = -1) printf("Can't open I2C device!n");

15、exit(-1); ret = ioctl(fd, I2C_TENBIT, 0); /* 指定從機地址為7bit */ if (ret != 0) printf("Can't set I2C address bit number.n"); close(fd); exit(-1); ret = ioctl(fd, I2C_SLAVE, I2C_ADDR >> 1); /* 設(shè)置從機地址,7位地址,須右移1位*/ if (ret != 0) printf("Can't set I2C slave device address.n"

16、); close(fd); exit(-1); printf("Write CAT1025:n"); for(i = 1; i < 9; i+) printf("%d ", bufi); ret = write(fd, buf, 9); /* 寫8個字節(jié)到CAT1025,第1字節(jié)為子地址*/ if (ret != 9) printf("Write CAT1025 failed.n"); close(fd); exit(-1); usleep(10000); /* 等待10ms寫入完成確保數(shù)據(jù)完全寫入 CAT1025，也保證CAT

17、1025 退出“忙”狀態(tài) */ printf("nRead CAT1025:n"); suba = 0; ret = write(fd, &suba, 1); /* 發(fā)送從機子地址,讀 CAT1025 時，必須先用“寫”操作來設(shè)定從機子地址，然后才能執(zhí)行讀操作 */ if (ret != 1) printf("send slave address fail.n"); close(fd); exit(-1); ret = read(fd, buf, 8); /* 從CAT1025讀8個字節(jié) */ if (ret = 8) for (i = 0; i

18、 < 8; i+) printf("%d ", bufi); else printf("Read CAT1025 failed.n"); close(fd); exit(-1); printf("nRead and Write CAT1025 sucessfully!n"); return 0; 說明：“$”開始的命令為在 PC 主機輸入的命令； “#”開始的命令為在實驗箱端輸入的命令。除非特殊說明，下同。(1) EXEC：最終生成的可執(zhí)行文件，需要根據(jù)應(yīng)用進行修改； (2) OBJS： 生成的目標文件，需要根據(jù)應(yīng)用進行修改（必

19、須和源文件同名，不包括后綴） ； (3) SRC：源文件，需要根據(jù)應(yīng)用進行修改。 (4) CC：指定了編譯器為交叉編譯器 arm-linux-gcc；5 . 實驗測試、結(jié)果分析：1）當buf9 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8源程序運行后在終端打印出實驗結(jié)果：Write CAT1025: 1 2 3 4 5 6 7 8 Read CAT1025: 1 2 3 4 5 6 7 8 Read and Write CAT1025 sucessfully!2）當buf17 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16時在終端打印出實驗結(jié)果：Write CA

20、T1025: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Read CAT1025: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Read and Write CAT1025 sucessfully!3）當buf21 = 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20運行后在終端打印出實驗結(jié)果：Write CAT1025: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Read CAT1025: 17 18 19 20 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 255 255 255 255Read and Write CAT1025 sucessfully!結(jié)果分析：如果寫入 CAT1025 的數(shù)據(jù)大于 16 字節(jié)，則寫正常讀不正常，這是因為每次寫CAT1025只能寫一頁 （16字節(jié)）這跟EEPROM的頁寫問題有關(guān)，即那應(yīng)該如何編寫程序?qū)崿F(xiàn)呢？以下函數(shù)根據(jù)要求寫入的字節(jié)數(shù)來決定寫多少頁以及寫不夠一頁的數(shù)據(jù)。主函數(shù)6 . 總結(jié)、心得體會：通過對EEPROM,i2c以及l(fā)inux的研究總結(jié)了一下幾點：(1)讀沒有頁的問題，可以從任意地址開