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          基于ARM的Linux下LonWorks總線設(shè)備驅(qū)動設(shè)計

          作者: 時間:2012-02-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘 要:利用神經(jīng)元芯片CYC53120和S3C2410芯片,實現(xiàn)嵌入式平臺下LONWorks的運(yùn)用;同時介紹嵌入式程序的構(gòu)成,描述了程序的軟件框架,為嵌入式設(shè)備的開發(fā)提供借鑒。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/149773.htm

          是美國Echelon公司1992年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),最初主要用于樓宇自動化,但很快發(fā)展到工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)。技術(shù)為和實現(xiàn)可互操作的控制網(wǎng)絡(luò)提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑,它協(xié)議完整、通信可靠,而且為用戶提供了功能強(qiáng)大的開發(fā)工具(LONBU ILDER,NODEBU ILDER)。

          在LonWorks現(xiàn)場設(shè)備的使用過程中,由于其與操作系統(tǒng)的相關(guān)性,從而要求開發(fā)者在開發(fā)過程不僅實現(xiàn)硬件構(gòu)成,更需要熟悉操作系統(tǒng)及設(shè)備驅(qū)動程序的制定。本文給出在平臺下實現(xiàn)LonWorks設(shè)備的互聯(lián),并在嵌入式系統(tǒng)下,介紹LonWorks現(xiàn)場總線設(shè)備驅(qū)動程序的與實現(xiàn)。

          1 LonWorks總線設(shè)備的構(gòu)成

          LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)。該芯片內(nèi)部裝有3個微處理器:MAC處理器完成介質(zhì)訪問控制;網(wǎng)絡(luò)處理器完成OSI的3~6層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場控制應(yīng)用。它們之間通過公用存儲器傳遞數(shù)據(jù)。同時神經(jīng)元芯片共設(shè)置11個I/O口,這些I/O口可根據(jù)不同需求,利用Neuron C編程來靈活配置與外圍設(shè)備的接口,如RS232、并口、定時/計數(shù)、位I/O等。其芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

          在本系統(tǒng)中,嵌入式平臺下實現(xiàn)對LonWorks總線的訪問,設(shè)計原理是利用S3C2410芯片的SPI(Serial Peripheral Interface)接口[2]與Neuron芯片來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,其原理如圖2所示。

          SPI總線系統(tǒng)可直接與各個廠家生產(chǎn)的多種標(biāo)準(zhǔn)外圍器件直接接口,它有4條引腳:SSEL(從器件選擇線)、MOSI(主機(jī)輸出、從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線)、MISO(主機(jī)輸入、從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線)、SCK(同步串行時鐘線)。S3C2410包含2個SPI接口,本文利用SPI1與Neuron芯片CY7C53120相連。

          2 Linux下設(shè)備驅(qū)動程序

          設(shè)備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核與機(jī)器硬件之間的接口。在Linux中,設(shè)備驅(qū)動程序為應(yīng)用程序屏蔽了硬件的細(xì)節(jié),對應(yīng)用程序而言,硬件設(shè)備只是一個設(shè)備文件,可以通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用像操作普通文件一樣對硬件設(shè)備進(jìn)行操作。

          Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備(char device)、塊設(shè)備(block device)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(network device)3種[3-4]。字符設(shè)備是指存取時沒有緩存的設(shè)備;塊設(shè)備的讀寫則都有緩存來支持,只能以塊為單位進(jìn)行讀寫,并且塊設(shè)備必須能夠隨機(jī)存取(random access) ;而Linux的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)則主要BSD Unix的socket機(jī)制。本文要開發(fā)的Lonworks設(shè)備驅(qū)動程序是一個字符型的設(shè)備,其基本組成如圖3所示。

          Linux設(shè)備驅(qū)動程序可以分為設(shè)備初始化子程序及卸載程序、服務(wù)子I/O請求的子程序和中斷服務(wù)子程序3個主要組成部分:

          (1)設(shè)備初始化子程序及卸載程序。Init_module用以負(fù)責(zé)檢測所要驅(qū)動的硬件設(shè)備是否存在和是否能正常工作。如果該設(shè)備正常,則對這個設(shè)備及其相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動程序需要的軟硬件進(jìn)行初始化,其初始化程序流程如圖4所示。

          Cleanup_module用以完成卸載設(shè)備時要做的工作,其設(shè)備卸載流程如圖5所示。

          (2)服務(wù)于I/O請求的子程序,又稱為驅(qū)動程序的上半部。應(yīng)用程序可以通過系統(tǒng)來調(diào)用此部分程序。此部分程序在執(zhí)行時,系統(tǒng)仍認(rèn)為是與應(yīng)用程序進(jìn)程屬于同一個進(jìn)程,具有進(jìn)行此系統(tǒng)調(diào)用的用戶程序的運(yùn)行環(huán)境,只是由用戶態(tài)變成了核心態(tài),因而可以在其中調(diào)用sleep()等與進(jìn)程運(yùn)行環(huán)境有關(guān)的函數(shù)。

          此部分的設(shè)計主要是對file_operations結(jié)構(gòu)的各個入口點(diǎn)的實現(xiàn)。從而實現(xiàn)了支持文件系統(tǒng)的調(diào)用(如open,close,read等)。file_operations結(jié)構(gòu)是Linux操作系統(tǒng)中用于實現(xiàn)驅(qū)動程序的最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),對Linux提供I/O 請求的子程序的一系列入口點(diǎn)進(jìn)行了封裝。下面給出用于Lonworks設(shè)備驅(qū)動的file_operations結(jié)構(gòu)示例。

            struct file_operations{

            int(*lseek)(struct inode *inode,struct file *flip,off_t off,int pos);

            int(*read)(struct inode *inode,struct file *filp,char *buf,int count);

            int(*write)(struct inode *inode,struct file *filp,char *buf,int count);

            int(*ioctl)(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned int arg);

            int(*open)(struct inode *inode,struct file *filp);

            viod(*release)(struct inode *inode,struct file *filp);

            }

          由上可見file_operations 結(jié)構(gòu)中的成員全部是函數(shù)指針,該結(jié)構(gòu)實質(zhì)上就是函數(shù)跳轉(zhuǎn)表。每個應(yīng)用進(jìn)程對設(shè)備的操作,都可以根據(jù)設(shè)備號,轉(zhuǎn)換成對file_operations 結(jié)構(gòu)的訪問,通過調(diào)用相關(guān)函數(shù)完成具體操作。

          (3)中斷服務(wù)子程序,又稱為驅(qū)動程序的下半部。在Linux系統(tǒng)中,并不直接從中斷向量表中調(diào)用設(shè)備驅(qū)動程序的中斷服務(wù)子程序,而是由Linux系統(tǒng)來接收硬件中斷,再由系統(tǒng)來調(diào)用中斷服務(wù)子程序。

          中斷可以在任何一個進(jìn)程運(yùn)行時產(chǎn)生,因而中斷服務(wù)程序的調(diào)用,不依賴于任何進(jìn)程的狀態(tài),即不能調(diào)用任何與進(jìn)程運(yùn)行環(huán)境有關(guān)的函數(shù)。在系統(tǒng)內(nèi)部,I/O設(shè)備的存/取通過一組固定的入口點(diǎn)來進(jìn)行,這組入口點(diǎn)是由每個設(shè)備的驅(qū)動程序提供的。對于本文涉及的LonWorks設(shè)備驅(qū)動,下面分析其作為字符型設(shè)備驅(qū)動程序所需用的常用入口點(diǎn)。

          Lon_open(struct inode *inode,struct file *filp)入口點(diǎn)用以打開設(shè)備準(zhǔn)備I/O操作。對字符設(shè)備文件進(jìn)行打開操作,都會調(diào)用設(shè)備的open入口點(diǎn)。open子程序必須對將要進(jìn)行的I/O操作做好必要的準(zhǔn)備工作,如清除緩沖區(qū)等。Lon_release(struct inode *inode,struct file *filp)入口點(diǎn)用以關(guān)閉設(shè)備。當(dāng)最后一次使用設(shè)備終結(jié)后,調(diào)用release子程序。

          Lon_read(struct inode *inode,struct file *filp,char *buf,int count)入口點(diǎn)用以從設(shè)備上讀數(shù)據(jù)??梢岳盟O(shè)定的緩沖區(qū)進(jìn)行I/O操作,從緩沖區(qū)里讀數(shù)據(jù)。對設(shè)備進(jìn)行讀操作將調(diào)用read子程序。相似的,Lon_write(struct inode *inode,struct file *filp,char *buf,int count)入口點(diǎn)用以往設(shè)備上寫數(shù)據(jù)。對設(shè)備進(jìn)行寫操作將調(diào)用write子程序。

          Lon_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned int arg)入口點(diǎn)執(zhí)行讀、寫之外的一些硬件控制操作,操作命令代碼通過cmd參數(shù)傳送,命令參數(shù)通過arg參數(shù)傳送。此函數(shù)也為功能擴(kuò)展提供接口。

          實現(xiàn)了以上3部分,核心驅(qū)動模塊部分就完成了。對以上模塊進(jìn)行編譯并加載后,Linux用戶可用mknod命令利用動態(tài)分配的主設(shè)備號建立相應(yīng)的設(shè)備文件,并對它設(shè)置恰當(dāng)讀寫權(quán)限后,就可以在應(yīng)用程序中通過這個設(shè)備文件來操作LonWorks總線設(shè)備了。這樣做不僅使得應(yīng)用程序編程風(fēng)格更加統(tǒng)一,代碼更具魯棒性,應(yīng)用系統(tǒng)更加安全更易于維護(hù),而且可在核心級來保證關(guān)鍵部分的實時響應(yīng),從而降低用戶程序開發(fā)的難度。

          以上介紹了在9平臺的嵌入式Linux2.6.x系統(tǒng)中實現(xiàn)Lonwork通信的一種方法,并在以武漢創(chuàng)維特公司的JXARM9-2410實驗箱為基礎(chǔ)擴(kuò)展的硬件平臺上實驗完成。后期可在此基礎(chǔ)上,結(jié)合Linux在網(wǎng)絡(luò)通信中的特長,實現(xiàn)對Lonwork網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用管理或與其他通信網(wǎng)絡(luò)的互連,有較好的實用性。

          linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)


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