IrDA模塊與HCG8HC908AP64的紅外系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、irda模塊與hcg8hc908ap64的紅外系統(tǒng)設(shè)計(jì) 隨著系統(tǒng)及技術(shù)的飛快進(jìn)展，針對(duì)移動(dòng)手持終端的專用芯片獲得了長足進(jìn)展。芯片的ram和rom的容量越大，在上面跑操作系統(tǒng)也越來越簡單。是當(dāng)今流行的操作系統(tǒng)之一。因?yàn)槠鋬?nèi)核茁壯、運(yùn)行高效、源碼開放，并且linux是免費(fèi)的操作系統(tǒng)，再加上其良好的可移植性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使其已經(jīng)成為嵌入式操作系統(tǒng)的主流。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是linux操作系統(tǒng)中的一個(gè)重要的組成部分，現(xiàn)在不斷升級(jí)的linux內(nèi)核中，增強(qiáng)最多的就是驅(qū)動(dòng)程序。因?yàn)閘inux是開放源代碼的，給我們提供了一個(gè)絕好的機(jī)會(huì)來分析和改造設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使其滿足自己的特別應(yīng)用，這樣在嵌入式產(chǎn)品中，就可以為自己特

2、有的外圍設(shè)備編寫一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。因?yàn)閕rda技術(shù)的蓬勃進(jìn)展，提供了各種信息家電設(shè)備之間的無線銜接的最佳挑選，數(shù)據(jù)傳輸，成本低廉、銜接便利、容易易用、結(jié)構(gòu)緊湊，在小型嵌入式移動(dòng)設(shè)備中也得到了廣泛的應(yīng)用。配備有紅外技術(shù)移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、筆記本電腦都已登陸市場(chǎng)，因此，嵌入式設(shè)備的irda模塊的開發(fā)有著廣大的市場(chǎng)前景。本文將具體講解基于inte1的pxa255處理器的sitsang開發(fā)平臺(tái)紅外模塊的設(shè)計(jì)，其中包括linux下的irda驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和基于mc68hc908ap64紅外放射器的軟硬件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。1 linux下irda模塊的設(shè)計(jì)1.1 linux下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序簡介系統(tǒng)調(diào)用是操

3、作系統(tǒng)內(nèi)核和應(yīng)用程序之間的接口，驅(qū)動(dòng)程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和機(jī)器硬件之間的接el，也是應(yīng)用層和實(shí)際硬件設(shè)備之間的軟件。一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序就是一個(gè)函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合，它的目的就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)容易的管理設(shè)備的接口。內(nèi)核用這個(gè)接口哀求驅(qū)動(dòng)程序控制設(shè)備的io操作。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閼?yīng)用程序屏蔽了硬件的詳情，這樣在應(yīng)用程序看來，硬件設(shè)備只是一個(gè)設(shè)備文件，應(yīng)用程序可以像操作一般文件一樣對(duì)硬件設(shè)備舉行操作。linux操作系統(tǒng)支持三種不同類型的設(shè)備，即字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)接口，相應(yīng)地有三種類型的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。本文主要研究字符型設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是內(nèi)核的一部分，主要完成以下的功能：對(duì)設(shè)備初始化和釋放；把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳

4、送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序哀求的數(shù)據(jù)；檢測(cè)和處理設(shè)備浮現(xiàn)的錯(cuò)誤。因?yàn)閼?yīng)用程序是通過設(shè)備文件同硬件打交道，對(duì)設(shè)備文件的操作方式不外乎就是一些系統(tǒng)調(diào)用，如open、read、write、close等等。linux操作系統(tǒng)是通過一組固定的接口把系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)起來的。這組入口點(diǎn)是由每個(gè)設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成了一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來向系統(tǒng)提供的，它提供了字符型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序所需的操作。這是一個(gè)十分關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：struet file_operationsstruct modul*owner；loft t(*llseek)(struet file*10flf_

5、t，int)；ssize t(*read)(struct file*，char*,size_t，10ff_t)；ssize tf*write)(struct file*，const char*size_t，10ff_t*)；int f*readdir)(struct file*，void*，filldir_t)；unsigned int(*poll)(struct file*，struct poll_table_struct*)；int(*ioctl)(struct inode*struct file*，unsigned int，unsigned long)；int(*mmap)(struet

6、 file*,struct vm_area_struct*)int(*open)(struct inode*，stmct file*)；int(*flush)(struct nle*);int(*release)(struct inode*，stmct file*);這個(gè)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)成員的名字都對(duì)應(yīng)著一個(gè)系統(tǒng)調(diào)月。應(yīng)用程序利用系統(tǒng)調(diào)用在對(duì)設(shè)備文件舉行諸如readwrite操作時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用通過設(shè)備文件的主設(shè)備號(hào)找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，然后讀取這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。這是linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序工作的基本原理。既然是這樣，編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充

7、me_operations的各個(gè)域。多數(shù)狀況下，只需為上面結(jié)構(gòu)中的少數(shù)辦法編寫服務(wù)函數(shù)，其它均設(shè)為null。已經(jīng)提到，應(yīng)用程序是通過設(shè)備文件來與實(shí)際的硬件打交道的。每個(gè)設(shè)備文件都有其文件屬性(cb)，表示是字符設(shè)備還是塊設(shè)備。另外每個(gè)文件都有兩個(gè)設(shè)備號(hào):第一個(gè)是主設(shè)備號(hào)，標(biāo)識(shí)驅(qū)動(dòng)程序；其次個(gè)是從設(shè)備號(hào)，標(biāo)識(shí)用法同一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的不同的硬件設(shè)備，比如有兩個(gè)軟盤，就可以用從設(shè)備號(hào)來區(qū)別它們。設(shè)備文件的主設(shè)備號(hào)必需與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在記下時(shí)申請(qǐng)的主設(shè)備號(hào)全都，否則用戶進(jìn)程將無法拜訪到驅(qū)動(dòng)程序。1.2 irda模塊驅(qū)動(dòng)程序irda是一種便宜、近距離、無線、低功耗、保密性強(qiáng)的通信技術(shù)，適合于低成本、跨平臺(tái)

8、、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)銜接，尤其是嵌入式系統(tǒng)；主要應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸，有時(shí)也用于無線網(wǎng)絡(luò)接入和近程遙控。irda制定了無數(shù)紅外通信協(xié)議，其中irda1.0協(xié)議基于異步uart，最高通信速率在115 2kbps，簡稱sir(seria infrared，串行紅外協(xié)議)，采納31 6 endec編解碼機(jī)制。我們所要實(shí)現(xiàn)的就是基于sir的irda驅(qū)動(dòng)。它的放射強(qiáng)度與接收敏捷度因不同器件、不同應(yīng)用設(shè)計(jì)而強(qiáng)弱不一，用法時(shí)只能以半雙工方式舉行紅外通信。我們的設(shè)計(jì)思想是sitsang板只作為接收端，而基于mc68hc908ap64紅外放射器作為發(fā)送端。其中file_operations結(jié)構(gòu)中的ioctl()函數(shù)可

9、以舉行發(fā)送或接收的狀態(tài)切換。原sitsang板載linux系統(tǒng)所帶的irda驅(qū)動(dòng)程序是作為網(wǎng)絡(luò)部分編寫的，用法過于復(fù)雜，且在處理數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)需要做一些自己的處理和驗(yàn)證規(guī)章，所以我們用法標(biāo)準(zhǔn)串口在linux下自己編寫了一個(gè)irda的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這樣在用法時(shí)，可以按照自己的需要作相應(yīng)的更改，比較靈便。在irda驅(qū)動(dòng)程序中主要實(shí)現(xiàn)了s_r_read()、s_r_write()、silopen()、sir_close()、silioctl()及sir_handle_irq()中斷處理程序六個(gè)函數(shù)。相應(yīng)的接口結(jié)構(gòu)如下所示：static struct file_operations silfops=ioc

10、tl： sir ioctl，read： siread，write： sir_write，open： slr_open，release：sir close1.2.1 sir_handle_irq函數(shù)用戶空間進(jìn)程通過接口函數(shù)進(jìn)入到內(nèi)核，內(nèi)核再調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序相應(yīng)的io函數(shù)。irda驅(qū)動(dòng)程序是字符類型的驅(qū)動(dòng)程序，我們用中斷的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)核與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序在啟動(dòng)后設(shè)備就掛起自己，直到串口完成操作并發(fā)出一個(gè)中斷哀求(irq)。當(dāng)irq產(chǎn)生時(shí)，注冊(cè)的中斷處理程序sir_handlejrq得以運(yùn)行。在sir_handle_irq中，程序通過相應(yīng)的寄存器操作得到接收的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入到一個(gè)內(nèi)部緩沖

11、中。1.2.2 sir open和sir_ciose函數(shù)sir_open函數(shù)的主要功能就是遞增用法計(jì)數(shù)和設(shè)備初始化操作。這里把設(shè)置并初始化sitsang板上的紅外設(shè)備放在了sir_open函數(shù)中，這樣在每次打開irda設(shè)備時(shí)，紅外設(shè)備都會(huì)被正確地設(shè)置，確保了紅外硬件的正常工作。另外，把申請(qǐng)?jiān)O(shè)備中斷號(hào)的工作也放到了sir_open函數(shù)中，這樣irda設(shè)備所占用的中斷號(hào)，在沒有用法irda設(shè)備時(shí)也可以被其它設(shè)備分享。static int sir sopen(struct inode*inode，struet *filp)計(jì)數(shù)器加1；申請(qǐng)?jiān)O(shè)備中斷號(hào)；設(shè)置sitsang板上的紅外設(shè)備并初始化；sir_

12、close()函數(shù)所作的工作與sir_open()的正巧相反，計(jì)數(shù)器減1，注銷設(shè)備中斷號(hào)。1.2.3 sir_ioctl函數(shù)因?yàn)樗梅ǖ募t外收發(fā)器hsdl-3200只能以半雙工方式舉行紅外通信，所以就需要指令舉行接收和發(fā)送狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。ioctl函數(shù)的主要功能就是對(duì)硬件設(shè)備舉行控制，因此在sirioctl函數(shù)中實(shí)現(xiàn)了這一功能。static int silioctl(stmctitlode*inode，structfile*mp，unsigned_int cmd，unsignedlogarg)swltell(cmd)case接收：設(shè)置接收寄存器；break：case發(fā)送：設(shè)置發(fā)送寄存器；break

13、；default：1.2.4 sir_read和sir_write函數(shù)這兩個(gè)函數(shù)主要完成讀取應(yīng)用程序傳送給內(nèi)核設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序哀求的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)的通信過程。這也是在囫圇驅(qū)動(dòng)程序中最重要的部分。當(dāng)用戶調(diào)用read()函數(shù)時(shí)，內(nèi)核相應(yīng)地調(diào)用sir_read()函數(shù)。在sir_read()中，通過推斷硬件寄存器是否有新數(shù)據(jù)到來而打算是否從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，然后用法內(nèi)核提供的copy touser(void*to，const void*from，unsigned long count)函數(shù)將數(shù)據(jù)返回應(yīng)用程序。write()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與read()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過程

14、正巧相反。在sir_write()中，通過調(diào)用copy_from user_form_user(void*to,const void*from，unsigned long count，)函數(shù)來完成把數(shù)據(jù)從用戶的應(yīng)用程序傳送給硬件設(shè)備。1.2.5實(shí)現(xiàn)模式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主體完成了，現(xiàn)在要把驅(qū)動(dòng)程序嵌入內(nèi)核。實(shí)現(xiàn)llnux下irda設(shè)備驅(qū)動(dòng)功能主要有兩種形式：一是通過內(nèi)核來舉行加載，需要用戶在etcrc.d名目中定義的初始啟動(dòng)腳本中寫入指令，當(dāng)內(nèi)核啟動(dòng)的時(shí)候，就開頭加載irda設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，內(nèi)核啟動(dòng)完成之后，irda驅(qū)動(dòng)功能也隨即實(shí)現(xiàn)了，但是增大了內(nèi)核；其次是通過模塊加載的形式。比較兩者，其次種形式

15、越發(fā)靈便，在此著重對(duì)模塊加載形式舉行研究。模塊設(shè)計(jì)是llnux中特有的技術(shù)，它使linux內(nèi)核功能更簡單擴(kuò)展。采納模塊來設(shè)計(jì)linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序會(huì)很輕松，并且能夠形成固定的模式。任何人只要依照這個(gè)模式去設(shè)計(jì)，都能設(shè)計(jì)出優(yōu)良的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。先簡要概述一下基于模塊加載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)步驟。首先每一個(gè)可裝配的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序都必需有init_module和cleanup module兩個(gè)函數(shù)，裝載和卸載設(shè)備時(shí)內(nèi)核自動(dòng)調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)。前者在insmod的時(shí)候執(zhí)行，后者在rmmod的時(shí)候執(zhí)行。通過模塊加載指令insmod來把irda設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序插入到內(nèi)核之中。在init_module中，除可以對(duì)硬件設(shè)

16、備舉行檢查和初始化外，還必需調(diào)用reglster_*函數(shù)將設(shè)備記下到系統(tǒng)中。本例中是通過register_chrdev來記下的，假如是塊設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則應(yīng)當(dāng)用reglstei_blkdev和register_netdev來記下。registet_chrdev的主要功能是將設(shè)備名和結(jié)構(gòu)flle operatioons記下到系統(tǒng)的設(shè)備控制塊中。最后可以通過執(zhí)行模塊卸載指令rmmod，調(diào)用irda驅(qū)動(dòng)程序中的cleanup_module()函數(shù)，來對(duì)irda驅(qū)動(dòng)程序模塊卸載，詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程1所示。2 基于mc68hc908ap64紅外放射器的設(shè)計(jì)2.1 紅外放射器的硬件設(shè)計(jì)為了可以檢測(cè)sitsang板端的irda設(shè)備能否正常工作，設(shè)計(jì)了一個(gè)irda放射器。放射器的體積為l3cm×10cm，安裝靈便便利。在放射器上有一個(gè)撥位開關(guān)，可以用來設(shè)置放射