基于ARM的Linux下LonWorks總線設(shè)備驅(qū)動設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于ARM的Linux下LonWorks總線設(shè)備驅(qū)動設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用摘要：利用神經(jīng)元芯片CYC53120和S3C2410芯片，實現(xiàn)嵌入式平臺下LonWorks總線的運用；同時介紹嵌入式Linux下設(shè)備驅(qū)動程序的構(gòu)成，描述了LonWorks設(shè)備驅(qū)動程序的軟件框架，為嵌入式Linux設(shè)備的開發(fā)提供借鑒。

LonWorks是美國Echelon公司1992年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，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)。LonWorks技術(shù)為設(shè)計和實現(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大的開發(fā)工具(LONBUILDER，NODEBUILDER)。

在LonWorks現(xiàn)場總線設(shè)備的使用過程中，由于其設(shè)備驅(qū)動與操作系統(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ARM平臺下實現(xiàn)LonWorks總線設(shè)備的互聯(lián)，并在嵌入式Linux系統(tǒng)下，介紹LonWorks現(xiàn)場總線設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn)。

1LonWorks總線設(shè)備的構(gòu)成

LonWorks技術(shù)的是神經(jīng)元芯片(NeuronChip)。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NeuronC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)設(shè)計中，基于嵌入式ARM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(SerialPeripheralInterface)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)的多種標準外圍器件直接接口，它有4條引腳：SSEL(從器件選擇線)、MOSI(主機輸出、從機輸入數(shù)據(jù)線)、MISO(主機輸入、從機輸出數(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。

2Linux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)備進行操作。

Linux系統(tǒng)的設(shè)備分為字符設(shè)備(chardevice)、塊設(shè)備(blockdevice)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(networkdevice)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，只能以塊為單位進行讀寫，并且塊設(shè)備必須能夠隨機存取(randomaccess)；而Linux的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)則主要基于BSDUnix的socket機制。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用以負責檢測所要驅(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)仍認為是與應(yīng)用程序進程屬于同一個進程，具有進行此系統(tǒng)調(diào)用的用戶程序的運行環(huán)境，只是由用戶態(tài)變成了態(tài)，因而可以在其中調(diào)用sleep()等與進程運行環(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進行了封裝。下面給出用于Lonworks設(shè)備驅(qū)動的file_operations結(jié)構(gòu)示例。

structfile_operations{

int(*lseek)(structinode*inode，structfile*flip，off_toff，intpos)；

int(*read)(structinode*inode，structfile*filp，char*buf，intcount)；

int(*write)(structinode*inode，structfile*filp，char*buf，intcount)；

int(*ioctl)(structinode*inode，structfile*filp，unsignedintcmd，unsignedintarg)；

int(*open)(structinode*inode，structfile*filp)；

viod(*release)(structinode*inode，structfile*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程運行時產(chǎn)生，因而中斷服務(wù)程序的調(diào)用，不依賴于任何進程的狀態(tài)，即不能調(diào)用任何與進程運行環(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來進行，這組入口點是由每個設(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。

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

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

Lon_ioctl(structinode*inode，structfile*filp，unsignedintcmd，unsignedintarg)入口點執(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)也為功能擴展提供接口。

實現(xiàn)了以上3部分，驅(qū)動模塊部分就完成了。對以上模塊進行編譯并加載后，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，而且可在級來保證關(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ARM9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JX