嵌入式linux直流電機驅(qū)動程序的設計.

1、遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書（論文）遼寧工業(yè)大學單片機及接口技術(shù) 課程設計（論文）題目：直流電機驅(qū)動程序的設計院（系）： 電子與信息工程學院專業(yè)班級：計算機101學 號： 100401018學生姓名：鄭杭指導教師：瞿濤教師職稱：講師起止時間：13-12-28 至 14-01-10課程設計（論文）任務及評語院（系）：電子與信息工程學院教研室：計算機科學與技術(shù)號 學杭 K 關(guān)課程設計 （論文） 題目流 直課程設計論文 >任務訕用» 紂 伽 抄 M,互 或 相 ) 禁 機 禺 嚴 動 電 ， 電 口 > 流WM 直 的 左 O 整 字、元00 匕匕 * O ws Il 畑 容

2、換 芯 幾 鉗 路 計份 厶冃 一 一 O 為7 流 以W加觀伽 直 M 刖流爪卄 將。 制 利序腫婦 wtMM圖 測 利朗完印 膽轉(zhuǎn)：細W怖 育 M以打 M血W則何卄嘰 M十 iiIfflMa r/ 4 Tr- IT 4<一 一 - IV 巳土、 流能十#路也設原+:劉婦 根m認撰 ff電近電Lr>itt近胡ffi:1>路2>3> 流要件直總設件態(tài)和求 電 直主e1.23 軟1.2 要 出指導教師評語及成績?nèi)赵履曛缚兂煽偰夸浀?章嵌入式linux 1第2章設備驅(qū)動程序簡介32.1設備驅(qū)動程序的概念32. 2設備驅(qū)動程序的基本結(jié)構(gòu) 3第3章搭建交叉編譯環(huán)境53.1

3、 安裝 Redhat 9.0Linux 操作系統(tǒng)53.2安裝交叉編譯器53.3配置NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)53.4鏈接掛載5第4章 直流電機驅(qū)動程序的編寫 64.1驅(qū)動程序的編寫64.2直流電機用戶應用程序 94.3驅(qū)動程序的編譯文件 Makefile 104.4用戶程序的 Makefile 文件11第5章運行程序125.1建立設備進入點 125.2加載驅(qū)動程序125.3運行用戶應用程序 12第6章課程設計總結(jié)13參考文獻14遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書（論文）第1章嵌入式linuxLinux操作系統(tǒng)核心最早是由芬蘭的 Linus Torvalds于1991年9月在芬蘭赫辛基大 學上學時發(fā)布的（Li

4、nux 0。01版，第一個正式向外公布的Linux內(nèi)核版本），后來經(jīng)眾多 世界項尖的軟件工程師不斷修改和完善，Linux得以在全球普及開來，在服務器域及個人 桌面領(lǐng)域得到越來越多的應用。Linux是在GNU公共許可權(quán)限下免費獲的，是一款符合 POSIX標準的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的類Unix操作系統(tǒng)。Linux以其高效 性和活躍性著稱。Linux模塊化的設計結(jié)構(gòu)，使得它既能夠在格昂貴的工作站上運行又能 夠在廉價的PC機上實現(xiàn)全部的Unix特性。Linux當前有很多發(fā)行版本，流行的有：RedHat Linux、Debian Linux、ReflagsLinux、Ubuntu等。由于

5、集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入 式系統(tǒng)的開發(fā)從單片機時代進入到了一個“系統(tǒng)開發(fā)的階段，嵌入式操作系統(tǒng)也逐漸 走上了歷史舞臺。從國內(nèi)和國外來看，嵌入式操作系統(tǒng)主要有 WindowsCE VxWorks pSOS Palm OS等。Linux是一個成熟、穩(wěn)定的操作系統(tǒng)，由于其在嵌入式開發(fā)方面具有其它操 作系統(tǒng)無可比擬的優(yōu)勢，經(jīng)過這幾年的發(fā)展，已迅速躋身主流嵌入式開發(fā)平臺。Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：1. Li nux 是開放源代碼的免費軟件。只要遵守 GPL的規(guī)定，就可以免費獲得Linux 內(nèi)核和其它自由軟件的源代碼，采用Linux操作系統(tǒng)構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)，可以大大降低開發(fā) 成本和周期。2

6、丄inux具有完善的文檔和廣泛的技術(shù)支持。Linux是互聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)展的產(chǎn)物，在網(wǎng) 上能夠找到許多關(guān)于Linux的文檔以及強大的技術(shù)支持。3丄inux內(nèi)核功能強大，性能高效、穩(wěn)定。Linux的內(nèi)核非常穩(wěn)定，它的高效和穩(wěn)定 性已經(jīng)在各個領(lǐng)域，尤其是在網(wǎng)絡服務器領(lǐng)域得到了事實的驗證。4.Linux能夠支持多種體系結(jié)構(gòu)，是支持微處理器種類最多的操作系統(tǒng)。目前，Linux 已經(jīng)被移植到數(shù)十種硬件平臺上，幾乎所有主流的硬件平臺，如 X86 ARM PPC MIPS ALPHA SPAR（等, Linux 都支持。5丄inux擁有強大的網(wǎng)絡功能。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)與Intemet結(jié)合得越來越緊

7、密。與其它操作系統(tǒng)相比，Linux在網(wǎng)絡方面有較大的優(yōu)勢，基本上所有的網(wǎng) 絡協(xié)議和網(wǎng)絡接口都可以在 Linux上找到。6.Linux大小和功能可定制。Linux繼承了 Unix的優(yōu)秀設計思想，內(nèi)核與用戶界面完 全獨立，各部分的可定制性很強，可以按照需求進行定制和配置， 這對于硬件資源有限的 嵌入式系統(tǒng)是一個理想的選擇。2遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書(論文)第2章設備驅(qū)動程序簡介2.1設備驅(qū)動程序的概念設備驅(qū)動程序是有內(nèi)核中的相關(guān)例程和數(shù)據(jù)組成的1/O設備軟件接口，每當內(nèi)核意識到要對某個設備今次那個特殊的操作是，它就調(diào)用相應的驅(qū)動例程，當驅(qū)動例程完成后，就返回至用戶進程。設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)

8、核、硬件之間的接口。設備驅(qū)動程序為應用程序忽略 了硬件的細節(jié)，這樣在應用程序看來，硬件設備只是一個設備文 件，應用程序可以象 操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。設備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一 部分，它文成以下功能：(1) 對設備初始化和釋放。(2) 把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)。(3) 讀取應用程序傳送給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù)。(4) 檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。每個設備驅(qū)動程序都有以下幾個特性：(1) 具有一整套的和硬件設備通訊的例程，并且提供給操作系統(tǒng)一套標準的 軟件接口。(2) 有一個可以被操作系統(tǒng)動態(tài)調(diào)用和移除的自包含組件。(3) 可以控制和管理用戶程序和物理設備之間

9、的數(shù)據(jù)流。2. 2設備驅(qū)動程序的基本結(jié)構(gòu)對用戶程序而言，設備驅(qū)動程序隱藏了設備的具體細節(jié)， 對各種不同設備提供了一致 的接口。一般設備驅(qū)動程序可以分為三個主要組成部分：(1)自動配置和初始化子程序：自動配置和初始化子程序常在相應的 driver中實現(xiàn)，負 責檢測所要驅(qū)動的硬件設備是否存在和是否能正常工作。如果該設備正常，則對這個設備及其相關(guān)的設備驅(qū)動程序需要的狀態(tài)進行初始化。這部分驅(qū)動程序僅在初始化的時候調(diào)用 一次。服務于I/ O請求的子程序：它又稱為驅(qū)動程序的上半部分， 調(diào)用這部分是由于系統(tǒng)調(diào)用的結(jié)果。這部分程序在執(zhí)行的時候，系統(tǒng)仍認為是和進 行調(diào)用的進程屬于同一個進程，只是由用戶態(tài)變成了核

10、心態(tài)，具有進行此系統(tǒng)調(diào)用的用戶 程序的運行環(huán)境。因此可以在其中調(diào)用 sleepO等與進程運行環(huán)境有關(guān)的函數(shù)。(3)中斷服務子程序：在Lintm系統(tǒng)中，并不是直接從中斷向量表中調(diào)用設備驅(qū)動程序的中斷服務子程序，而是由系統(tǒng)來接收硬件中斷，再由系統(tǒng)調(diào)用中斷服務子程 序。中斷可以產(chǎn)生在任何一個進程運行的時候，因此，在中斷服務程序被調(diào)用的時候， 不能依賴于任何進程的狀態(tài)，也就不能調(diào)用任何與進程運行環(huán)境有關(guān)的函數(shù)。因為設備驅(qū)動程序一般支持同一類型的若干設備，所以一般在系統(tǒng)調(diào)用中斷服務子程序的時候， 都帶有 一個或多個參數(shù)，以唯一標識請求服務的從設備。4遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書(論文)第3章搭建交叉編譯

11、環(huán)境3.1安裝Redhat 9.0Linux操作系統(tǒng)在PC機上安裝虛擬機，并在虛擬機上安裝Redhat 9.0Linux操作系統(tǒng)。3.2安裝交叉編譯器似乎 啟動虛擬機并以root用戶名登錄，在主機的根目錄/下，創(chuàng)建linuette目錄, 如：mkdir /linuette 。在mnt/cdrom目錄下找到光盤，將光盤中 RPM?文件夾拷貝到 /linu ette目錄下，打開系統(tǒng)工具下地終端，此時，系統(tǒng)將彈出終端框，在里面改變目/linuette/RPMS 下，輸入如下命令：#rpm - Uvh *.rpm3.3配置NFS網(wǎng)絡文件系統(tǒng)根據(jù)在Linux主機終端上執(zhí)行setup，選中Firewall

12、 configuration，回車，進入系統(tǒng)服務選項菜單，選擇 NOFIREWAL關(guān)閉防火墻。之后選中System setvices回車，選 中*nfs.保存退出。利用編輯器打開/etc/exports 文件，修改為：/(rw)保存退出。改 變目錄到/etc/rc.d/init.d/下，執(zhí)行如下命令：./nfs start 3.4鏈接掛載用交叉網(wǎng)線主機和實驗系統(tǒng)鏈接起來，打開minicom，配置波特率為115200,無奇偶校驗位。給系統(tǒng)上電，利用ifconfig eth0 192.168.0.12改變系統(tǒng)IP地址。在主機終端 上配主機Linux系統(tǒng)IP地址為192.168.0.11.利用pin

13、g命令看主機與實驗系統(tǒng)是否鏈接 上。利用chmod - R 777 /home/nfs改變/home/nfs文件夾屬性，在 minicom上輸入命令 mount 192.168.0.11/home/nfs /mnt/yaffs回車，掛載主機上的 /home/nfs 到實驗系統(tǒng)的/mnt/yaffs 目錄下。至此，Linux實驗環(huán)境搭建成功。5遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書(論文)第4章 直流電機驅(qū)動程序的編寫4.1驅(qū)動程序的編寫首先是設備初始化，定義直流電機驅(qū)動程序的初始化函數(shù) ZLDJinit ()，在函數(shù)中實 現(xiàn)向系統(tǒng)注冊設備號、設備名稱和初始化寄存器。向系統(tǒng)注冊設備，這里定義電機的主設 備

14、號宏符號名為ZLDJ-MAJOR設備名稱為zldj-drv ，設備的結(jié)構(gòu)體為&ZLDJ-ops,則設備 的注冊函數(shù)為：Devfs-register-chrdev(ZLDJ-MAJOR, ” zldj-dev ”，ZLDJ-ops);設備初始化函數(shù)： Static int in tZLDJ-i ni t(void)In t ret=-ENODEV;ret= Devfs-register-chrdev(ZLDJ-MAJOR, ” ZLDJ-drv ” ，&ZLDJ-ops); showversio n();printk(ZLDJ-Module register success! -

15、kernel-n”)；if(ret<0)/當返回值小于0時，設備注冊失敗Printk (” Could not register ZLDJ-driver ”);return 0;驅(qū)動程序的file-operation數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由于直流電機驅(qū)動程序只能控制電機旋轉(zhuǎn)和停止，因此只需要接口函數(shù)ioctl ()就夠了。static struct file-operations ZLDJ-ops=Ioctl:ZLDJ-ioctl ，控制直流電機轉(zhuǎn)動和停止的借口函數(shù)，控制直流電機轉(zhuǎn)動和停止的借口函數(shù)ioctl()后，主要是設備寄存器 GPRS與寄存器GPCR勺值。GPSM置位寄存器，當取值為1時，電

16、機開始轉(zhuǎn)動。GPSR2 |= (0x1«20;/ 電機正轉(zhuǎn)GPSR2 |=(0x1<<18;/ 電機反轉(zhuǎn)GRC為復位寄存器，當取值為1時，電機停止轉(zhuǎn)動。GPCR2 |=(0x1<<20;/電機正轉(zhuǎn)停止GPCR2 |=(0x1<<18;/電機反轉(zhuǎn)停止udelay ()設置一段時否則會產(chǎn)生溢出，因此為了能讓電機旋轉(zhuǎn)一段時間后，自動停止轉(zhuǎn)動，要使用函數(shù) 間延遲。由于函數(shù)udelay ()是微妙級，且該值不能取得太大, 設置一個循環(huán)來加大延遲的時間。for ( i=0 ； i<300;i+)udelay(8000);/ 延時直流電機驅(qū)動源程序：#i

17、ncludevli nux/con fig.h>#i ncludevli nu x/kernel.h>#in cludevli nu x/sched.h>#i ncludevli nu x/timer.h>#in cludevli nux/ini t.h>#in cludevli nu x/module.h>#in cludevli nu x/delay.h>#in cludevli nux/in terrupt.h>#i ncludevli nu x/devfs-fs-kernel.h>#in cludevli nu x/fs.h>

18、#in cludevli nu x/slab.h>#in cludevasm/io.h>#i ncludevli nu x/asm/irq.h>#i ncludevli nu x/hardware.h>#define ZLDJ-MAJOR 111#define VERS ” ZLDJ-dev”void showversi on(v oid)prin tk();9遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書（論文）printk(“ sn”，VERS);prin tk(*nn);/* 接口函數(shù) ioctl*/*file,u nsig nedintssize-tZLDJ-ioctl(stru

19、ct inode*ino de,struct filecmd, un sig ned long arg)int i;GPSR2 |=( 0x1«20;/電機正轉(zhuǎn)for ( i=0 ； i<300;i+)udelay(8000);/延時GPCR2 |=( 0x1<<20;/電機正轉(zhuǎn)停止for ( i=0 ； i<300;i+)udelay(8000);/延時GPSR2 |=( 0x1<<18;/電機反轉(zhuǎn)for ( i=0 ； i<300;i+)udelay(8000);/延時GPCR2 |=( 0x1<<18;/電機反轉(zhuǎn)停止udel

20、ay(arg);return 0;static struct file-operati ons ZLDJ-ops=ioctl ZLDJ-ioctl,;static int init set-ZLDJ-i nit(void)int ret=-ENODEV;ret=devfs-register-chrdev(ZLDJ-MAJOR, ” ZLDJ-drv ”，&ZLDJ-ops); showvers ion();printk(“ZLDJ-Module register success!-kernel-n”)；if(retvO)/當返回值小于0時，設備注冊失敗printk (“ Could n

21、ot register ZLDJ-driver ”);return 0;static void exit clea nup-ZLDJ-ctl(void)#ifdef OURS-HELLO-DEBUGprintk(“ cleanup-Module-kernel-n”)；#en difdecfs-unregister-chrdev(ZLDJ-MAJOR,” ZLDJ-drv ” )MODULE-LICENS“(GPL )module-i nit(set-ZLDJ-i nit);module-exit(clea nup-ZLDJ-ctl);4.2直流電機用戶應用程序直流電機用戶應用程序設計分析，直流

22、電機應用程序的功能是在用戶空間調(diào)用設備驅(qū)動程序，其主要設計步驟如下。第一步，獲取直流電機驅(qū)動程序的文件描述符。fd=open ("/dev/zldj_drv",O_RDWR );第二步，調(diào)用設備驅(qū)動程序中的函數(shù)ioctl ()，向電機發(fā)出控制指令。ioctl(fd,0x1,1000);直流電機用戶應用程序源程序:#i nclude<stdio.h>#in clude<sys/ioctl.h>#in clude<fc ntl.h>#in cludev un istd.h>int mai n() int fd,i nt ret;fd=o

23、pe n("/dev/zldj_drv",O_RDWR);if(fd<0) prin tf("nn Ope n device zldj error' n"); prin tf("n please in put Number (0-9):"); scan f("%x",&ret);ioctl(fd,0x1,1000);close(fd);printf("End of Test'n");return 0;4.3驅(qū)動程序的編譯文件MakefileKERNELDIR=/Li

24、 nuxINCLUDEDIR=$(KERNELDIR)/i ncludeCROSS_COMPILE=arm-Li nux-CC =$(CROSS_COMPILE)gccCFLAGS+=-l.CFLAGS+=-Wall-O-D_KERNEL_-DMODULE-l $ (INCLUDEDIR)TARGET=zldj_drv.oall:$(TARGET)zldj_drv.o:zlidj_drv.c$(CC) -c $ (CFLAGS) $ A-o $ in stall:in stall-d $ (INSTALLDIR)in stall-c $ (TARGET).o $ (INSTALLDIR)cle

25、an :rm-f *.o * core .depe nd4.4用戶程序的Makefile文件CC=arm-L inu x-gccSTD= _GUN_SOURCEWARN= -WallTARGTS=testZLDJ.c.o:$(CC) -c $ (CFLAGS)-D $ (STD) $ (WARN) $ < all: $(STARGTS)TestZLDJ:testZLDJ.o$(CC)testZLDJ.o -o testZLDJclea n:rm-f *.o core a.out $ (TARGTS)clobber:clea nrm-f $ (TARGTS)13遼寧工業(yè)大學 課程設計說明書(論文)第5章運行程序5.1建立設備進入點由于直流電機驅(qū)動程序中已經(jīng)定義其主設備號為111,此設備號沒有定義，故取默認值為0.直流電機的設備進入點為zldj_drv。創(chuàng)建直流電機驅(qū)動程序的設備進入點如下： rootLi nux dcmo_drv# mk nod/dev/zldj_drv c 111 05.2加載驅(qū)動程序使用命令ins