幻灯片 1

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楠蓝
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基于凌动平台的 Linux 系统下的软硬件开发软件学院章亦葵 Linux 中的驱动设计是嵌入式 Linux 开发中十分重要的部分驱动程序是应用程序与硬件之间的一个中间软件层驱动程序主要需要考虑下面三个方面 : 1. 提供尽量多的选项给用户 2. 提高驱动程序的速度和效率 3.

1 基于凌动平台的 Linux 系统下的软硬件开发软件学院章亦葵 Linux 中的驱动设计是嵌入式 Linux 开发中十分重要的部分驱动程序是应用程序与硬件之间的一个中间软件层驱动程序主要需要考虑下面三个方面 : 1. 提供尽量多的选项给用户 2. 提高驱动程序的速度和效率 3. 尽量使驱动程序简单, 使之易于维护 Linux 内核层次分割 Linux 内核驱动的两种模式一种是直接编译到内核, 再运行新的内核来测试 ; 此方法效率较低, 但在某些场合是唯一的方法二是编译为模块的形式, 单独加载运行调试模块方式调试效率很高, 它使用 insmod 工具将编译的模块直接插入内核, 如果出现故障, 可以使用 rmmod 从内核中卸载模块 Linux 驱动程序的三种基本类型 Char module: 适合于字符型流数据, 如打印机扫描仪 Block module: 适合于随机存取的数据, 如硬盘和 CD-ROM Network module: 网络接口, 通过接口可与其他主机交换数据 1

2 Linux 驱动文件 (Device File) Linux 系统为了使应用程序使用驱动程序, 使用了驱动文件的接口方式来达到这一目的在 Linux 系统的 /dev 目录下的文件就是驱动文件驱动程序与驱动文件通过主设备号和次设备号进行关联一般主设备号用设备种类来识别次设备号由同一类型的多个设备来区别它们可以是 0 到 255 的数值驱动文件要在文件系统中预先使用 mknod 命令做成, 全部放在 /dev 目录下 mknod 驱动文件名主设备号次设备号删除时使用 rmod 命令 Linux 驱动文件 (Device File) Linux 系统为了使应用程序使用驱动程序, 使用了驱动文件的接口方式来达到这一目的在 Linux 系统的 /dev 目录下的文件就是驱动文件驱动程序与驱动文件通过主设备号和次设备号进行关联一般主设备号用设备种类来识别次设备号由同一类型的多个设备来区别它们可以是 0 到 255 的数值主设备号相同的设备使用相同的驱动程序, 次设备号用于区分具体设备的实例驱动文件要在文件系统中预先使用 mknod 命令做成, 全部放在 /dev 目录下 mknod 驱动文件名主设备号次设备号删除时使用 rmod 命令驱动程序与应用程序的区别应用程序一般有一个 main 函数, 从头到尾执行一个任务 ; 驱动程序却不同, 它没有 main 函数, 通过使用宏 module_init( 初始化函数名 ); 系统将驱动程序初始化函数加入内核全局初始化函数列表中, 在内核初始化时执行驱动的初始化函数, 从而完成驱动的初始化和注册, 之后驱动便停止, 等待被应用软件调用驱动程序中有一个宏 moudule_exit( 退出处理函数名 ) 注册退出处理函数, 它在驱动退出时被调用应用程序可以和 GLIBC 库连接, 因此可以包含标准的头文件, 比如 <stdio.h> <stdlib.h>, 在驱动程序中是不能使用标准 C 库的, 因此不能调用所有的 C 库函数比如输出打印函数只能使用内核的 printk 函数, 包含的头文件只能是内核的头文件, 比如 <linux/module.h> 最简单的驱动程序 Hello World #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL"); static int hello_init(void) printk(kern_alert "Hello, world\n"); intothekernel return 0; static void hello_exit(void) invoked when the module is removed printk(kern_alert "Goodbye, cruel world\n"); module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); macro (MODULE_LICENSE) is used to tell the kernel that this module bears a free license; invoked when the module is loaded module_init and module_exit lines use special kernel macros to indicate the role of these two functions. 驱动程序设计驱动程序模块的编译加载卸载 % make make[1]: Entering directory `/usr/src/linux ' CC [M] /home/ldd3/src/misc-modules/hello.o Building modules, stage 2. MODPOST CC /home/ldd3/src/misc-modules/hello.mod.o LD [M] /home/ldd3/src/misc-modules/hello.ko make[1]: Leaving directory `/usr/src/linux ' % su root# insmod./hello.ko 加载 Hello, world root# rmmod hello 卸载 Goodbye cruel world root# 编译 2

3 USB 体系简介 USB 是一种支持热插拔的高速串行传输总线, 它使用差分信号来传输数据,USB2.0 的最高速度可达 480Mb/S USB 体系包括主机设备以及物理连接三个部分设备包括 :USB 功能设备和 USB HUB, 最多支持 127 个设备每个设备都有 PID 和 VID USB 体系四种传输类型 USB 体系定义了四种类型的传输 : 控制传输 : 主要用于在设备连接时对设备进行枚举以及其他因设备而已的特定操作中断传输 : 用于对延迟要求严格小量数据的可靠传输, 如键盘游戏手柄等批量传输 : 用于对延迟要求宽松, 大量数据的可靠传输, 如 U 盘等同步传输 : 用于对可靠性要求不高的实时数据传输, 如摄像头 USB 音响等 USB 设备的逻辑组织逻辑组织 4 个层次设备配置接口端点 USB 设备的逻辑组织逻辑组织的结构描述 1. 设备通常有一个或多个配置 ; 2. 配置通常有一个或多个接口 ; 3. 接口通常有一个或多个设置 ; 4. 接口有零或多个端点 5. 每一个配置接口设置和端点都有一个相应的描述符结构体进行描述, Linux 下 USB 驱动基本接口 Linux 下 USB 驱动基本接口 : usb_skel_init : 需要实现向 linux 内核注册 USB 驱动, usb_skel_exit: 需要实现取消注册 USB 驱动 urb 和函数 :urb(usb request block,usb 请求块 ) 用于驱动程序向 USB 核心传递请求每当完成一项操作,USB 驱动都必须先建立 urb, 之后将 urb 发送给 USB 核心, 并等待 USB 核心回调软件架构及流程 1) 接口层次结构软件架构及流程 3

软件架构及流程 2) 驱动执行流程第一对被定义的接口 usb_skel_init 和 usb_skel_exit, 这是整个驱动的入口在这两个函数中, 分别向 linux 内核注册 USB driver 系统会根据枚举到的设备信息查找相关的驱动程序, 并且调用 probe 函数 probe 函数中会检查 USB 设备的状态, 如果出现错误, 返回空指针,

4 软件架构及流程 2) 驱动执行流程第一对被定义的接口 usb_skel_init 和 usb_skel_exit, 这是整个驱动的入口在这两个函数中, 分别向 linux 内核注册 USB driver 系统会根据枚举到的设备信息查找相关的驱动程序, 并且调用 probe 函数 probe 函数中会检查 USB 设备的状态, 如果出现错误, 返回空指针, 否则返回一个包含更具体的接口函数的结构体指针至此,USB 设备的初始化完成习题参照 UP-ATOM510 实验指导书完成以下两个实验 USB 驱动模块的修改试验测定 USB 存储设备的访问速度触摸屏实现原理触摸屏实现原理 ( 将在 WindowsXP 环境详述 ) 触摸屏利用压力感应进行控制按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质, 触摸屏可分为四种类型 : 电阻式电容感应式红外线式和表面声波式其中, 电阻式触摸屏的历史最早, 使用最多, 而且其工作原理也极其简单在 ATOM510 平台上, 使用的就是电阻式触摸屏触摸屏与 LCD 显示屏是两个不同的物理器件 LCD 处理的是像素, 例如我们通常所说的分辨率是 600x800, 实际就是指每行的宽度是 600 个像素, 高度是 800 个像素, 而触摸屏处理的数据是点的物理坐标, 该坐标是通过触摸屏控制器采集到的两者之间需要一定的转换电阻式触摸屏的材料本身有差异而且随着时间的推移, 其参数也会有所变化, 因此需要经常性的校正电容式触摸屏只需要一次校正即可, 这是由两者不同的材料原理造成的触摸屏的校正过程一般为 : 依次在屏幕的几个不同位置显示某种标记 ( 如 + ), 用触摸笔点击这些标记, 完成校正如果 PT(x, y) 表示触摸屏上的一个点, PL(x, y) 表示 LCD 上的一个点, 校正的结果就是得到一个转换矩阵 M, 使 PL(x, y) = M PT(x, y) 我们知道二维几何变换包含三种平移旋转和缩放 4

5 平移 MT: 缩放 MS: 旋转 MR: LCD 上的坐标 (XL YL) 触摸屏上的坐标 (XT YT) 是已知的 PL =MR MT MS PT,M= MR MT MS 展开得到化简 : 求解 : 公式 (1) 其中 : 假设 LCD 三个点的坐标为 (XL1,YL1), (XL2,YL2), (XL2,YL2), 对应触摸屏上的三个点是 (XT1,YT1), (XT2, YT2), (XT3, YT3) 得到 6 个系数 :A B C D E F 触摸屏得到的所有坐标, 带入公式 (1) 中就可以得到 LCD 上以像素表示的坐标习题参照 UP-ATOM510 实验指导书完成以下实验在 Linux 下的命令行方式进行触摸屏校验看门狗 (Watch Dog Timer) Atom 平台的看门狗硬件 (WDT) 结构 : ATOM 平台通过外接 Winbond 的 W83627 接口芯片来实现的 Watch Dog 功能 LPC(Low Pin Count) 总线与 CPU 外部总线相连接 W83627HF W83627HF 工作原理看门狗, 又叫 watchdog timer, 是一个定时器电路, 一般有一个输入, 叫喂狗, 一个输出到 MCU 的 RST 端,MCU 正常工作的时候, 每隔一端时间输出一个信号到喂狗端, 给 WDT 清零, 如果超过规定的时间不喂狗,( 一般在程序跑飞时 ),WDT 定时超过, 就回给出一个复位信号到 MCU, 是 MCU 复位. 防止 MCU 死机. 看门狗的作用就是防止程序发生死循环, 或者说程序跑飞工作原理 : 在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器, 看门狗就开始自动计数, 如果到了一定的时间还不去清看门狗, 那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断, 造成系统复位所以在使用有看门狗的芯片时要注意清看门狗 5

6 使用 WDT 需要遵从以下顺序对 W83627 的控制寄存器进行配置 1. Enter the extended function mode 2. Configure the configuration registers 3. Exit the extended function mode WDT 初始化 : 主要设定超时的时间 timeout static const unsigned short index_port = 0x2e; static const unsigned short value_port = 0x2f; //timeout count=5 for 5second 可根据实际情况改变 static const unsigned short timeout = 5; void StartDogRegister() outb( 0x87,index_port);/*unlock*/ outb( 0x87,index_port); outb( 0x20,index_port);/*enable device*/ outb( 0x0,value_port); outb( 0x07,index_port);/*select logical device */ outb( 0x08,value_port); outb( 0x30,index_port);/*enable device*/ outb( 0x01,value_port); outb( 0xf5,index_port); outb( 0x00,value_port);/*//set second*/ outb( 0xf6,index_port); outb( timeout,value_port);//set counts outb( 0xAA,index_port); /*//lock*/ 在一定时间间隔内调用此功能使看门狗不会超时 void KeepWdtAlive() outb( 0x87,index_port);/*unlock*/ outb( 0x87,index_port); outb( 0x20,index_port);/*enable device*/ outb( 0x0,value_port); outb( 0x07,index_port);/*select logical device */ outb( 0x08,value_port); outb( 0x30,index_port);/*enable device*/ outb( 0x01,value_port); outb_p(0xf6, WDT_EFER); /* Select CRF6 */ outb_p(timeout, WDT_EFDR); /* Write Timeout counter to CRF6 */ outb( 0xAA,index_port); /*//lock*/ 看门狗超时重启验证 int main() printf("watchdog is running...\n"); iopl(3); StartDogRegister(); /* Emulate the program is in normal operation*/ sleep(1); printf("remaining time is 4...\n"); sleep(1); printf("remaining time is 3...\n"); sleep(1); printf("remaining time is 2...\n"); sleep(1); KeepWdtAlive();/* set count to prevent Timeout*/ /************************************************/ /* Emulate the program is in abnormal operation*/ printf("remaining time is 4...\n"); sleep(1); printf("remaining time is 3...\n"); sleep(1); /**** KeepWdtAlive();*//*if do not set count*/ printf("remaining time is 2...\n"); sleep(1); printf("remaining time is 1...\n"); sleep(1); sleep(1); sleep(1); sleep(1); printf("reboot...\n"); /************************************************/ return 0; 其他外围接口及系统编程 GPIO, 串行口 RS232, 打印口等内容请参照参考资料中实验指导书中的相关内容下列系统编程内容请参照参考资料中实验指导书中的相关内容作为已学 Linux 课程内容进行复习, 并完成相关程序 TCPIP/UDP 编程进程管理及多线程 6

7 参考资料 Jonathan Corbet et.al,linux DEVICE DRIVERS THIRD EDITION, O REILLY,2005. 北京博创科技, UP-Atom510 实验指导书 ubuntu pdf, 华北工控, 硬件测试实验说明书.pdf,

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