【文章內(nèi)容簡介】 作系統(tǒng)鏡像存放在外部的 Nand Flash中，并從 Nand Flash啟動(dòng)，當(dāng)處理器在這種模式下開電復(fù)位時(shí)，內(nèi)置的 Nand Flash將訪問接口控制器并引導(dǎo)代碼自動(dòng)加載到內(nèi)部 SRAM并且運(yùn)行。之后 SRAM中的引導(dǎo)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)鏡像加載到SDRAM中運(yùn)行。啟動(dòng)后釋放 4KB的 SRAM，以便用于其他用途 。 mini2440 開發(fā)板的接口資源 硬件資源特性 [3] ? CPU處理器： 三星 S3C2440A，主頻 400MHz，最高 可達(dá) 533Mhz； ? SDRAM內(nèi)存：在板 64M SDRAM， 32bit數(shù)據(jù)總線 ， SDRAM時(shí)鐘頻率高達(dá) 100MHz； 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –4– ? Flash存儲(chǔ) ； 在板 256M/1GB Nand Flash,掉電非易失 (用戶可定制 )64M/128M/256M/512M/1G在板 2M Nor Flash，掉電非易失，已經(jīng)安裝 BIOS； ? LCD顯示板上集成 4線電阻式觸摸屏接口，可以直接連接四線電阻觸摸屏 ， 標(biāo)準(zhǔn)配置為統(tǒng)寶 真彩 LCD，分別率 240x320，帶觸摸屏； 接口資源及時(shí)鐘特點(diǎn) ? 1個(gè) 100M以太網(wǎng) RJ45接口 (采用 DM9000網(wǎng)絡(luò)芯片 )； ? 3個(gè)串行口 ； ? 1 個(gè) 主 USB接口 ； ? 1 個(gè) 從 USB B型接口 ； ? 1 個(gè) SD卡存儲(chǔ)接口 ； ? 1個(gè) 立體聲音頻輸出接口，一路 語音輸入 接口； ? 1個(gè) 10針 JTAG接口 ； ? 4個(gè) User Led； ? 6組 USER buttons； ? 1個(gè) PWM控制蜂鳴器 ； ? 1個(gè) 可變 電阻 器 ，用于 對(duì) AD模數(shù)轉(zhuǎn)換 進(jìn)行 測(cè)試 ； ? 1個(gè) I2C總線 AT24C08芯片，用于 對(duì) I2C總線 進(jìn)行 測(cè)試 ； ? 1個(gè) 20引腳 攝像頭接口 ； ? 電源接口 (5V)，帶電源開關(guān)和指示燈 ； ? 1個(gè) 34引腳 ； ? 1個(gè) 40引腳 ； ? 12M無源晶振 ； ? 內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘（帶后備鋰電池 ）； 基于 mini2440 的開發(fā)環(huán)境的搭建 搭建嵌入式交叉開發(fā)環(huán)境 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)一般采用“宿主機(jī) 目標(biāo)機(jī)”交叉開發(fā)方式 [4]。首先，利用宿主上豐富的資源以及良好的開發(fā)環(huán)境來進(jìn)行開發(fā)和仿真目標(biāo)機(jī)上的軟件， 再 通過 HJTAG口，UTAR 口或者是以太網(wǎng)接口將生成的代碼下載到目標(biāo) 機(jī)上 進(jìn)行運(yùn)行 。 本設(shè)計(jì)宿主機(jī)主要是使用裝有 RedHat5 企業(yè)版 Linux 操作系統(tǒng)的 PC 機(jī)，而目標(biāo)機(jī)就是 mini2440 開發(fā)板。組成架構(gòu)如圖 所示。 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –5– 宿 主 機(jī)P C 機(jī)目 標(biāo) 機(jī)M i n i 2 4 4 0 開 發(fā) 板串 口 、 以 太 網(wǎng) 接 口 、 U S B 接 口 圖 嵌入式開發(fā)交叉環(huán)境構(gòu)架 在調(diào)試階段會(huì)用到 NFS（虛擬文件系統(tǒng)） 方式掛載根文件系統(tǒng)，所以要設(shè)置好 NFS服務(wù)器，具體設(shè)置如下： (1) 設(shè)置共享目錄： 運(yùn)行命令 vi /etc/exports 編輯 NFS 服務(wù)的配置文件 (注意： 第一次 用 vi 打開時(shí)該文件 是沒有內(nèi)容的 )，添加 如下 內(nèi)容： /opt/FriendlyARM/mini2440/root_qtopia *(rw,sync,no_root_squash) 其中： /opt/FriendlyARM/mini2440/root_qtopia 表示 NFS 共享目錄 ， 它可以 表示 同開發(fā)宿主機(jī)共享目錄 root_qtopia 作為開發(fā)板的根文件系統(tǒng)通過 NFS 掛 載 ； *表示所有的客戶 端 都可以掛 載 此目錄； rw 表示掛接此目錄的客戶 端 對(duì)該目錄有讀寫的權(quán)力； no_root_squash 表示允許掛接此目錄的客戶 端 享有 和主機(jī) root 一樣的權(quán)力 ； 通過命令啟動(dòng)和 停止 NFS 服務(wù) ： (2) 運(yùn)行命令： /etc/ mount t nfs localhost: /opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs_qtopia /mnt/ /opt/FriendlyARM/mini2440/rootfs_qtopia。 使用這個(gè)命令可以停止 nfs 服務(wù)： /etc/ 嵌入式開發(fā)的軟件環(huán)境 本小節(jié)將解壓安裝開發(fā)學(xué)習(xí)過程所用到的全部源代碼以及其他一些小工具，這包括： ? Linux內(nèi)核源代碼； 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –6– ? 嵌入式圖形界面 源代碼 (分為 x86和 arm平臺(tái)兩個(gè)版本 )； ? ； ? Linux編程示例源代碼； ? 用以啟動(dòng) Linux的 bootloader之 vboot； ? 其他開源的 bootloader(適用于 Linux) ? 其他開源軟件源代碼 ； ? 目標(biāo)文件系統(tǒng)映象制作工具 mkyaffsimage； ? 圖形界面的 Linux logo制作工具 logomaker； 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –7– 3 DS18B20 驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)硬件整體設(shè)計(jì) 由于 DS18B20 是單總線數(shù)字器件， 同時(shí) mini2440 提供了豐富的 I/O 接口資源 ； 另外， DS18B20 器件的供電范圍是 ~， mini2440 開發(fā)板的 I/O 接口電壓 是 ，所以也不存在電平不兼容的問題。綜合以上 可知 使用 mini2440 開發(fā)板結(jié)合 DS18B20 做溫度采集系統(tǒng) 理論上行得通 。 本設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)方面比較簡單，系主要由兩大部分組成：一是系統(tǒng)控制部分，二是溫度采集部分。 其中系統(tǒng)控制部分又包括以下幾個(gè)部分：處理器、復(fù)位模塊、顯示模塊、外部接口模塊等四大部分組成。而溫度采集本分主要由 DS18B20 電路組成。具體組成如圖 所示。 C P U 及 存儲(chǔ) 器顯 示 模 塊復(fù) 位 模 塊測(cè) 溫 模 塊其 他 接 口I / O 接 口 圖 DS18B20 驅(qū)動(dòng)的編寫 硬件驅(qū)動(dòng)大體可以分為一下幾類：網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)，字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，塊設(shè)備驅(qū)動(dòng) [5]。字符設(shè)備是指按字節(jié)來訪問的設(shè)備，字符驅(qū)動(dòng)就負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)字符設(shè)備，這樣的驅(qū)動(dòng)通常實(shí)現(xiàn) read、 write、 open、和 close 的調(diào)用。塊設(shè)備是指按多數(shù)目字節(jié)進(jìn)行訪問的設(shè)備，該設(shè)備與字符設(shè)備的區(qū)別在于與內(nèi)核的接口不同。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問的接口設(shè)備就叫做網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備 ，它一般通過套接字來實(shí)現(xiàn) 。 Linux 用戶一般是通過 操 作 設(shè)備文件來訪問和操作各種設(shè)備的， 本設(shè)計(jì) 可以通過圖 有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)。 所以用戶想要使用 DS18B20 進(jìn)行溫度采集時(shí)，只需要對(duì)設(shè)備文基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –8– 件 ds18b20 進(jìn)行打開、控制、讀、寫、關(guān)閉等一系列操作就可以控制 DS18B20 進(jìn)行溫度采集，這也是頂層應(yīng)用文件如何使用底層驅(qū)動(dòng)的一個(gè)實(shí)例。 在設(shè)備描述中設(shè)備號(hào)是起著非常重要的中用作用，設(shè)備號(hào)又分為主次設(shè)備號(hào)。設(shè)備號(hào)使得設(shè)備文件和驅(qū)動(dòng)程序之間建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中，主設(shè)備號(hào)是用來區(qū)分不同種類設(shè)備，而此設(shè)備號(hào)是用來區(qū)分同類不同設(shè)備。 應(yīng) 用 程 序字 符 設(shè) 備 文 件文 件 系 統(tǒng)塊 設(shè) 備 文 件套 接 字字 符 設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng) 塊 設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng)協(xié) 議 棧網(wǎng) 絡(luò) 設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng)字 符 設(shè) 備 塊 設(shè) 備 網(wǎng) 絡(luò) 設(shè) 備 圖 Linux用戶對(duì)各類設(shè)備的訪問流程 在字符設(shè)備中存在一種特殊的字符設(shè)備 混雜設(shè)備，這類設(shè)備的主設(shè)備號(hào)都是 10，次設(shè)備 號(hào) 通過函數(shù)調(diào)用可已進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。本設(shè)計(jì) DS18B20 的驅(qū)動(dòng)就被劃歸為字符設(shè)備中的混雜設(shè)備。 Linux 中使用 misc_registes， misc_deregister 來注冊(cè)和注銷設(shè)備 truct miscdevice 來描述一個(gè)混雜設(shè)備： struct miscdevice { int minor。 const char *name。 const struct file_operations *fops。 struct list_head list。 struct device *parent。 struct device *this_device。 }。 misc 設(shè)備注冊(cè)： int misc_register(struct miscdevice * misc)。//注冊(cè)設(shè)備獲取次設(shè)備號(hào) 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –9– misc 設(shè)備注銷： int misc_deregister(struct miscdevice * misc)。 說明：上面的結(jié)構(gòu)體是注冊(cè) 混合設(shè)備所需要的參數(shù)。主要有： minor:次設(shè)備號(hào)，所有的 misc 設(shè)備共用一個(gè)主設(shè)備號(hào)，所以注冊(cè) misc 設(shè)備時(shí)只要次設(shè)備號(hào)就可以了。利用次設(shè)備號(hào)來區(qū)分設(shè)備的。 name:misc 設(shè)備名。 *fops:misc 設(shè)備文件操作結(jié)構(gòu)體 ， 其它三個(gè)參數(shù)很少 使用 。 數(shù)據(jù)采集電路 DS18B20 簡介 [6] 本設(shè)計(jì)使用于由美國達(dá)拉斯公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單總線結(jié)構(gòu)的溫度傳感器 DS18B20。 起初達(dá)拉斯公司也生產(chǎn)過一種溫度傳感器 DS1820， DS18B20 繼承 DS1820 一些特性并經(jīng)過改進(jìn)提升成為新一代數(shù)字單總線 智能溫度傳感器。而相對(duì)于傳統(tǒng)的熱敏電阻，它可以直接讀取測(cè)量溫度值，并可以根據(jù)實(shí)際需要編程實(shí)現(xiàn) 9 到 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，并在很短的時(shí)間內(nèi)完成 9 和 12 位數(shù)字值的轉(zhuǎn)換，同時(shí)，信息的傳輸僅僅需要一條總線，實(shí)現(xiàn)了理論上的單總線傳輸，這樣就大大節(jié)約了主系統(tǒng)的接口資源。實(shí)現(xiàn)溫度的 9 和 12位數(shù)字值的轉(zhuǎn)換需要消耗一定的功率，而這些功率都是由單總線來提供的，也可連接DS18B20 的總線供電，因此不需要額外的電源供應(yīng)，這種設(shè)計(jì)大大減少 I/O 資源。因而使用 DS18B20 可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得簡單，穩(wěn)定，可靠性高。而其簡單的結(jié)構(gòu)，單總 線結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，很容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度采集。 DS18B20 的傳感器測(cè)量溫度范圍55℃ ? +125℃，在 10? +85℃范圍內(nèi)。測(cè)量場的溫度值直接通過數(shù)字單總線傳輸，用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出，在此基礎(chǔ)上就大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。因此，數(shù)字單總線器件 DS18B20 可應(yīng)用的場合十分廣泛。 DS18B20 可廣泛應(yīng)用于工業(yè)，民用，軍事和教學(xué)等 領(lǐng)域內(nèi)的溫度測(cè)量以及溫度測(cè)量和控制儀表設(shè)備的生產(chǎn)。 圖 DS18B20實(shí)物圖 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –10– DS18B20 性能指標(biāo) ? 單 總 線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20 的雙向通訊； ? 可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ +，所以該長安其與開發(fā)板 I/O口電平不兼容問題 ； ? 測(cè)溫范圍： 55 ~+125℃ ，基本 適應(yīng)于 各種環(huán)境溫度 的 測(cè)量 ； ? 溫度讀取方式： 通過編程 控制 可 以 實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式 選擇 ； ? 用戶可 通過編程 自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值 ，實(shí)現(xiàn)溫度預(yù)警 ； ? DS18B20可以 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫 ，很容易實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量網(wǎng)絡(luò) ； ? 負(fù)壓特性 ： 電源極性接反時(shí) ，由于在在電源和地之間加了一個(gè)二極管，所以 溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒 毀 。 測(cè)溫接口電路及工作時(shí)序 (1) 測(cè)溫模塊的硬件電路如下圖 123J7DS18B20VCCGND4K7R3Res2VCCT0 圖 DS18B20電路圖 (2) DS18B20 的時(shí)序 DS18B20 的時(shí)序主要包括兩個(gè)方面：一是 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序，在系統(tǒng)發(fā)出復(fù)位時(shí)序后， DS18B20 會(huì)發(fā)出才能在信號(hào)，具體如圖 所示；二是 DS18B20 讀寫時(shí)序，具體如圖 所示。 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –11– 圖 DS18B20的復(fù)位時(shí)序和存在信號(hào) 圖 DS18B20的讀寫時(shí)序 DS18B20 驅(qū)動(dòng)編寫 讀 DS18B20 這部分程序主要是實(shí)現(xiàn)開發(fā)板從 DS18B20 讀一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。在函數(shù)內(nèi)部主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)讀 DS18B20 讀時(shí)序的描述，并通過 copy_to_user(buff, amp。ddat, size)把數(shù)據(jù)拷貝到用戶數(shù)據(jù)空間。 基于 ARM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) –12– static ssize_t ds18b20_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp) { volatile int i, size=count。 char ddat。 if (size 2) size = 1。 for (i=0。 i8。 i++) { ddat = 1。 s3c2410_gpio_cfgpin(DSDATA, DATAOUTP)。 //配置數(shù)據(jù)總線（ GPF0）為輸出模式 s3c