【文章內(nèi)容簡介】 .......8..............................................................9 CPU GPIO驅(qū)動程序設(shè)計...................................................9 ...........................................................................10 ................................................................12 LED點陣驅(qū)動程序設(shè)計...................................................19 AD驅(qū)動實驗....................................................................23 DA驅(qū)動實驗....................................................................26六、實驗中遇到的問題及解決方法........................................................30七、實驗總結(jié)及心得................................................................................31一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗熟悉Linux環(huán)境，并掌握一些基本接口驅(qū)動的寫法和用C語言編寫簡單的實驗程序。學(xué)習(xí)LINUX開發(fā)環(huán)境的搭建，通訊配置等。并熟練掌握LINUX驅(qū)動程序的編寫及開發(fā)流程。對嵌入式系統(tǒng)有進一步的了解。二、實驗設(shè)備，并且配置好ARM Linux的開發(fā)環(huán)境三、基礎(chǔ)實驗（實驗一~實驗七）實驗一～七為基礎(chǔ)實驗，目的是為后續(xù)實驗搭建好軟、硬件環(huán)境，配置好相關(guān)的協(xié)議、服務(wù)，并通過編寫最簡單的HelloWorld程序進行測試。由于后面的實驗都要依靠前面實驗的配置，故本段只著重敘述實驗七的具體實現(xiàn)。實驗五為宿主PC機配置了TFTP服務(wù)。TFTP(Trivial File Transfer Protocol)是簡單文件傳輸協(xié)議，由于特定開發(fā)環(huán)境的制約，這一服務(wù)是必須的。在配置完成后，每次重啟宿主PC機時，都須先輸入命令：service xinetd restart，以啟動TFTP服務(wù)。實驗六為宿主PC機配置了NFS服務(wù)。NFS(Network File System)指網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，它實現(xiàn)了文件在不同的系統(tǒng)間使用。當(dāng)我們想用遠端檔案時，只需調(diào)用“mount”就可以遠端系統(tǒng)掛接在自己的檔案系統(tǒng)之下。每次重啟宿主PC機時，都須先輸入命令：service nfs restart，以啟動nfs服務(wù)。實驗七通過用c語言編寫的簡單程序HelloWorld，測試前面幾個實驗是否成功配置好環(huán)境，從超級終端可以看到HelloWorld程序的運行結(jié)果。實驗步驟如下： 1)硬件連接：連接宿主 PC 機和一臺 PXA270RP目標(biāo)板。2)打開宿主PC 機電源，進入 Linux操作系統(tǒng)。3)啟動RedHat 的圖形界面，如下圖，若您是以 root 身份登陸在文本模式下，則輸入命令startx啟動圖形界面。進入RedHat 圖形界面后，打開一個終端窗（Terminal）。4)輸入mini然后回車，minicim設(shè)置為115200 8NI無流控。5)打開PXA270_RP目標(biāo)板電源，按目標(biāo)板上的BOOT鍵，在mini中應(yīng)該會看到如下圖：6)在mini終端窗口中，如圖，輸入下列四條命令 root ifconfig eth up mounto nolock ：/ /mnt cd /mnt 此時，先將該窗口最小化，在后面的第 10 操作步驟中還將會回到該窗口中進行操作。7)宿主機上打開一個終端窗口（Terminal），點擊【紅帽/System Tools/Terminal】啟動終端窗口，輸入下列 4 條命令： ① cd /home②mkdir HW③ cd HW④ vi/*請您輸入程序 程序清單*/此時會顯示一個空白的屏幕，這條命令的含義是，使用 Vi 編輯器，我們看到的空白窗口是對文件進行編輯的窗口，如下圖。就像在 Windows系統(tǒng)下面使用寫字板等一樣道理。在 vi 里面先單擊鍵盤 A 鍵，然后左下角會變成—INSER。輸入程序的時候和其他編輯器是一樣的，如下圖。當(dāng)輸入程序完畢后，單擊鍵盤 Esc 鍵，然后按“：”（冒號）此時左下角會出現(xiàn)冒號然后輸入“wq”最后按“Enter”確認存盤退出 vi 編輯器，如下圖。8)在上面同一個終端窗口中，輸入下列 2 ， 目標(biāo)文件，如圖 710，圖711： ①armlinuxgcc– ②ls 等到再次出現(xiàn)提示符，代表程序已經(jīng)正確編譯。如果此步出現(xiàn)錯誤信息，請查看錯誤信息，并且重新編輯原來的 C文件，修改錯誤。直到正確編譯。9)重新打開第 7 步最小化的開有mini的終端窗口，即到 PXA270RP 目標(biāo)板的mnt目錄下，請您輸入下列 3 條命令，運行HelloWorld編譯成功的HelloWorld目標(biāo)程序：① cd home/HW/*回到mini中目標(biāo)板的/mnt/home/HW目錄下*/ ②ls ③./ HelloWorld/*此時會看到如下圖*/四、驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序?qū)嶋H是處理和操作硬件控制器的軟件，從本質(zhì)上講，是內(nèi)核中具有最高特權(quán)級的、駐留內(nèi)存的、可共享的底層硬件處理例程。驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，是操作系統(tǒng)內(nèi)核與硬件設(shè)備的直接接口，驅(qū)動程序屏蔽了硬件的細節(jié)，完成以下功能：?對設(shè)備初始化和釋放；?對設(shè)備進行管理，包括實時參數(shù)設(shè)置，以及提供對設(shè)備的操作接口； ?讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)或者回送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)； ?檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯誤。Linux操作系統(tǒng)將所有的設(shè)備全部看成文件，并通過文件的操作界面進行操作。對用戶程序而言，設(shè)備驅(qū)動程序隱藏了設(shè)備的具體細節(jié)，對各種不同設(shè)備提供了一致的接口，一般來說，是把設(shè)備映射為一個特殊的設(shè)備文件，用戶程序可以像對其他文件一樣對此設(shè)備文件進行操作。這意味著：?由于每一個設(shè)備至少由文件系統(tǒng)的一個文件代表，因而都有一個“文件名”。?應(yīng)用程序通?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)調(diào)用open()打開設(shè)備文件，建立起與目標(biāo)設(shè)備的連接。?打開了代表著目標(biāo)設(shè)備的文件，即建立起與設(shè)備的連接后，可以通過read()、write()、ioctl()等常規(guī)的文件操作對目標(biāo)設(shè)備進行操作。設(shè)備文件的屬性由三部分信息組成：第一部分是文件的類型，第二部分是一個主設(shè)備號，第三部分是一個次設(shè)備號。其中類型和主設(shè)備號結(jié)合在一起惟一地確定了設(shè)備文件驅(qū)動程序及其界面，而次設(shè)備號則說明目標(biāo)設(shè)備是同類設(shè)備中的第幾個。由于Linux 中將設(shè)備當(dāng)做文件處理，所以對設(shè)備進行操作的調(diào)用格式與對文件的操作類似，主要包括open()、read()、write()、ioctl()、close()等。應(yīng)用程序發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用命令后，會從用戶態(tài)轉(zhuǎn)到核心態(tài)，通過內(nèi)核將open()這樣的系統(tǒng)調(diào)用轉(zhuǎn)換成對物理設(shè)備的操作。一個設(shè)備驅(qū)動程序模塊的基本框架在系統(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，入口點也可以理解為設(shè)備的句柄，就是對設(shè)備進行操作的基本函數(shù)。字符型設(shè)備驅(qū)動程序提供如下幾個入口點：?open入口點。打開設(shè)備準(zhǔn)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(zhǔn)備工作，如清除緩沖區(qū)等。如果設(shè)備是獨占的，即同一時刻只能有一個程序訪問此設(shè)備，則open子程序必須設(shè)置一些標(biāo)志以表示設(shè)備處于忙狀態(tài)。?close入口點。關(guān)閉一個設(shè)備。當(dāng)最后一次使用設(shè)備完成后，調(diào)用close子程序。獨占設(shè)備必須標(biāo)記設(shè)備方可再次使用。?read入口點。從設(shè)備上讀數(shù)據(jù)。對于有緩沖區(qū)的I/O操作，一般是從緩沖區(qū)里讀數(shù)據(jù)。對字符設(shè)備文件進行讀操作將調(diào)用read子程序。?write入口點。往設(shè)備上寫數(shù)據(jù)。對于有緩沖區(qū)的I/O操作，一般是把數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)里。對字符設(shè)備文件進行寫操作將調(diào)用write子程序。?ioctl入口點。執(zhí)行讀、寫之外的操作。select入口點。檢查設(shè)備，看數(shù)據(jù)是否可讀或設(shè)備是否可用于寫數(shù)據(jù)。select系統(tǒng)調(diào)用在檢查與設(shè)備文件相關(guān)的文件描述符時使用select入口點。設(shè)備的驅(qū)動程序在加載的時候首先需要調(diào)用入口函數(shù)init_module()，該函數(shù)最重要的一個工作就是向內(nèi)核注冊該設(shè)備，對于字符設(shè)備調(diào)用register_chrdev()完成注冊。register_chrdev的定義為：intregister_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct file_ operations *fops)。其中，major是為設(shè)備驅(qū)動程序向系統(tǒng)申請的主設(shè)備號，如果為0，則系統(tǒng)為此驅(qū)動程序動態(tài)分配一個主設(shè)備號。name是設(shè)備名，fops是對各個調(diào)用的入口點說明。此函數(shù)返回0時表示成功；返回EINVAL，表示申請的主設(shè)備號非法，主要原因是主設(shè)備號大于系統(tǒng)所允許的最大設(shè)備號；返回EBUSY，表示所申請的主設(shè)備號正在被其他設(shè)備程序使用。如果動態(tài)分配主設(shè)備號成功，此函數(shù)將返回所分配的主設(shè)備號。如果register_chrdev()操作成功，設(shè)備名就會出現(xiàn)在/proc/dvices文件中。Linux在/dev目錄中為每個設(shè)備建立一個文件，用ls–l命令列出函數(shù)返回值，若小于0，則表示注冊失?。环祷?或者大于0的值表示注冊成功。注冊以后，Linux將設(shè)備名與主、次設(shè)備號聯(lián)系起來。當(dāng)有對此設(shè)備名的訪問時，Linux通過請求訪問的設(shè)備名得到主、次設(shè)備號，然后把此訪問分發(fā)到對應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動，設(shè)備驅(qū)動再根據(jù)次設(shè)備號調(diào)用不同的函數(shù)。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動模塊從Linux內(nèi)核中卸載，對應(yīng)的主設(shè)備號必須被釋放。字符設(shè)備在cleanup_ module()函數(shù)中調(diào)用unregister_chrdev()來完成設(shè)備的注銷。unregister_chrdev()的定義為：intunregister_chrdev(unsigned int major, const char *name)。包括設(shè)備注冊在內(nèi)，設(shè)備驅(qū)動的初始化函數(shù)主要完成的功能是有以下5項。（1）對驅(qū)動程序管理的硬件進行必要的初始化。對硬件寄存器進行設(shè)置。比如，設(shè)置中斷掩碼，設(shè)置串口的工作方式、并口的數(shù)據(jù)方向等。（2）初始化設(shè)備驅(qū)動相關(guān)的參數(shù)。一般說來，每個設(shè)備都要定義一個設(shè)備變量，用以保存設(shè)備相關(guān)的參數(shù)。在這一步驟里對設(shè)備變量中的項進行初始化。（3）在內(nèi)核注冊設(shè)備。調(diào)用register_chrdev()函數(shù)來注冊設(shè)備。（4）注冊中斷。如果設(shè)備需要IRQ支持，則要使用request_irq()函數(shù)注冊中斷。（5）其他初始化工作。初始化部分一般還負責(zé)給設(shè)備驅(qū)動程序申請包括內(nèi)存、時鐘、I/O端口等在內(nèi)的系統(tǒng)資源，這些資源也可以在open子程序或者其他地方申請。這些資源不用時，應(yīng)該釋放，以利于資源的共享。若驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分，初始化函數(shù)則要按如下方式聲明： int __initchr_driver_init(void)。其中__init是必不可少的，在系統(tǒng)啟動時會由內(nèi)核調(diào)用chr_driver_init，完成驅(qū)動程序的初始化。當(dāng)驅(qū)動程序是以模塊的形式編寫時，則要按照如下方式聲明： intinit_module(void)當(dāng)運行后面介紹的insmod命令插入模塊時，會調(diào)用init_module函數(shù)完成初始化工作。由于嵌入式設(shè)備由于硬件種類非常豐富，在默認的內(nèi)核發(fā)布版中不一定包括所有驅(qū)動程序。所以進行嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)，很大的工作量是為各種設(shè)備編寫驅(qū)動程序。除非系統(tǒng)不使用操作系統(tǒng)，程序直接操縱硬件。嵌入式Linux系統(tǒng)驅(qū)動程序開發(fā)與普通Linux開發(fā)沒有區(qū)別?？梢栽谟布a(chǎn)廠家或者Internet上尋找驅(qū)動程序，也可以根據(jù)相近的硬件驅(qū)動程序來改寫，這樣可以加快開發(fā)速度。實現(xiàn)一個嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動的大致流程如下。（1）查看原理圖，理解設(shè)備的工作原理。一般嵌入式處理器的生產(chǎn)商提供參考電路，也可以根據(jù)需要自行設(shè)計。（2）定義設(shè)備號。設(shè)備由一個主設(shè)備號和一個次設(shè)備號來標(biāo)識。主設(shè)備號惟一標(biāo)識了設(shè)備類型，即設(shè)備驅(qū)動程序類型，它是塊設(shè)備表或字符設(shè)備表中設(shè)備表項的索引。次設(shè)備號僅由設(shè)備驅(qū)動程序解釋，區(qū)分被一個設(shè)備驅(qū)動控制下的某個獨立的設(shè)備。（3）實現(xiàn)初始化函數(shù)。在驅(qū)動程序中實現(xiàn)驅(qū)動的注冊和卸載。（4）設(shè)計所要實現(xiàn)的文件操作，定義file_operations結(jié)構(gòu)。（5）實現(xiàn)所需的文件操作調(diào)用，如read、write等。（6）實現(xiàn)中斷服務(wù)，并用request_irq向內(nèi)核注冊，中斷并不是每個設(shè)備驅(qū)動所必需的。（7）編譯該驅(qū)動程序到內(nèi)核中，或者用insmod命令加載模塊。（8）測試該設(shè)備，編寫應(yīng)用程序，對驅(qū)動程序進行測試。五、基本接口實驗在完成了基本實驗后，我們開始著手基本接口實驗。在這些實驗中，我們學(xué)習(xí)如何編寫設(shè)備驅(qū)動程序，及如何用測試程序檢驗驅(qū)動程序是否正確，并通過改寫測試程序正常地對驅(qū)動程序進行相關(guān)操作。 簡單設(shè)備驅(qū)動程序本次實驗的任務(wù)是編寫一個字符型設(shè)備驅(qū)動程序，并學(xué)習(xí)在應(yīng)用程序中調(diào)用驅(qū)動?？紤]到我們初次接觸驅(qū)動程序的編寫，對此還十分陌生，因此指導(dǎo)書中提供了本次實驗所要用到的程序源代碼。雖然這樣一個字符型設(shè)備驅(qū)動程序并沒有任何實際作用，但是它讓我們輕松掌握了嵌入式驅(qū)動的編寫過程，因為復(fù)雜繁瑣的驅(qū)動，其骨架都是相同的。因此，看懂本實驗的源代碼，學(xué)習(xí)并模仿其編寫方法，對于后續(xù)實驗有著非常重要的意義。 CPU GPIO驅(qū)動程序設(shè)計在本實驗中，我們要編寫第一個針對實際硬件的驅(qū)動程序。我們知道，凡是操作系統(tǒng)控制外部設(shè)備，即使是最簡單的硬件電路，也是需要驅(qū)動的。本實驗涉及的外部硬件只有電阻和發(fā)