基于S3C244O嵌入式Linux下C02激光雕刻系統(tǒng)步進電機驅(qū)動程序的設計

3 嵌入式Linux步進電機驅(qū)動程序的設計
Linux操作系統(tǒng)將所有的設備(而不僅是存儲器里的文件)都看成文件，以操作文件的方式訪問設備。應用程序不能直接操作硬件，而是使用統(tǒng)一的接口函數(shù)調(diào)用硬件驅(qū)動程序。設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件之間的接口。Linux設備驅(qū)動與內(nèi)核接口可分為三大方面：a．與系統(tǒng)啟動代碼的接口對設備進行初始化；b．與內(nèi)核接口通過數(shù)據(jù)結(jié)構file．operrations來完成；c．與設備的接口對設備進行讀寫操作。
步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。而脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)是控制電機的兩個重要方面。本系統(tǒng)步進電機4路脈沖輸出由硬件地址0x28000006的bit0～bit3控制，bit0對應MOTOR A+，bit1對應MOTOR B+，bit2對應MOTOR_A-，bit3對應MOTOR_B-。這里針對整步模式下的步進電機進行脈沖分配信號，半步模式的步進電機正轉(zhuǎn)導電狀態(tài)時的控制順序為A+_A+B+_B+_B+A-_A-_一A-B-_B-，整步模式的步進電機正轉(zhuǎn)導電狀態(tài)時的控制順序為A+_B+_A-_B-。
因此在程序中需要通過編制脈沖分配信號來控制步進電機，并通過修改脈沖分配信號來實現(xiàn)對步進電機方向的控制。圖2是用軟件形成環(huán)形脈沖的流程圖。
系統(tǒng)中的步進電機只響應應用程序傳送給驅(qū)動的步進量和部分參數(shù)，只能順序地進行控制操作，因此它可作為字符設備來進行驅(qū)動。在驅(qū)動程序中，需要提供幾個操作函數(shù)的入口點，分別為open、read、write、ioet1等。而ioct1函數(shù)尤為重要，系統(tǒng)通過調(diào)用這個函數(shù)可以控制步進電機的轉(zhuǎn)動。
在初始化函數(shù)中，會將驅(qū)動程序的file operations結(jié)構連同其主設備號一起向內(nèi)核進行注冊。對于字符設備使用以下函數(shù)進行注冊：int register_chrdev(unsigned int major,const char*name，struct file_operations*fops)；其中，unsigned int major為定義的主設備號，const char*name為定義的設備名稱，這里把設備名宏定義為stepper。file_operations*fops為定義的指針變量。申請控制步進電機的端口用以下函數(shù)進行調(diào)用：request_region(0x28000006, 1, const char*name)；因為步進電機用到了I／O端口，而在S3C2440中操作端口要用虛擬地址而非實際的物理地址，因此要修改內(nèi)核代碼。修改文件內(nèi)核源代碼中間的smdk．c，該文件在linux／arch／arm／mach-s3c2440中，在結(jié)構體static struct map_descsmdk_io_desc[]中添加一行數(shù)組元素{0xd3000000，0x28000000，Ox01000000，DOMAIN_IO，0，1，0，0}，則步進電機的物理地址0x28000006對應的虛擬地址為0xd3000006，在驅(qū)動程序中應對這個地址進行操作。
根據(jù)上面提到的步進電機的脈沖分配信號，定義它半步模式正轉(zhuǎn)脈沖為：
unsigned char pulse_table[]=
{0x11,0x33，0x22，0x66，0x44，Oxcc，0x88，0x99}；
利用應用程序傳遞給stepper ioct1的參數(shù)arg來判斷轉(zhuǎn)動方向。編寫ioctl函數(shù)用來接收應用程序?qū)τ诓竭M電機的控制。以下是部分驅(qū)動程序代碼：

設備卸載與前面提到的設備注冊是相反的過程。當從系統(tǒng)中卸載一個模塊時，主設備號要得到釋放。這一操作可以調(diào)用以下函數(shù)進行模塊清除：
int unregister_chrdev(unsigned int major,const char*name)；
首先，編譯步進電機模塊，打開內(nèi)核中drivers／char／Konfig文件，添加如下語句：
Config STEPPER_MODULE、tristatestepper module、depends on ARCH_S3C2440、help、stepper driver module。
在終端中運行命令make menuconfig，進入內(nèi)核配置主菜單，在DeviceDriver→Character device菜單中看到剛才所添加的選項了，之后編譯為模塊方式。
其次，打開內(nèi)核中drivers／char／Makefile文件，添加如下語句：
obj-＄(CONFIG_STEPPER_MODELL)+=stepper_module.o
最后，回到內(nèi)核源代碼根目錄位置，執(zhí)行make modules，就可生成系統(tǒng)所需要的內(nèi)核模塊文件stepper module．ko了。至此，完成了步進電機模塊驅(qū)動的編譯。之后，便可使用insmod、rmmod命令分別對模塊進行加載、卸載了。

4 結(jié)論
在嵌入式Linux系統(tǒng)下，設備驅(qū)動程序是內(nèi)核和硬件之間的接口，本文采用字符設備的思想去實現(xiàn)步進電機驅(qū)動程序的開發(fā)，介紹了嵌入式Linux驅(qū)動程序的原理，歸納了驅(qū)動程序開發(fā)的一般流程，并結(jié)合步進電機的驅(qū)動闡述了驅(qū)動程序的編寫。與原有通過操作PC機來控制步進電機相比，本文是在Linux操作系統(tǒng)支持MMU的情況下完成了對步進電機的控制。