基于Linux的溫度傳感器驅(qū)動程序的設(shè)計

羅東華，李海崗，王忠民

（1．山東傳媒職業(yè)學(xué)院信息工程系，山東濟南250200；2．72946部隊，山東淄博255000；3．山東省科學(xué)院自動化研究所，山東濟南250014）

隨著計算機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲透到儀器儀表、工業(yè)控制等各個領(lǐng)域，成為備受關(guān)注的熱點［1]．而Linux作為一個源碼公開、結(jié)構(gòu)清晰、功能強大，且穩(wěn)定可靠的操作系統(tǒng)，在嵌入式系統(tǒng)中占據(jù)主流位置［2]．在工業(yè)控制與監(jiān)測領(lǐng)域，溫度監(jiān)控是一項必不可少的功能模塊．文中介紹了基于模擬量傳輸?shù)臏囟葌鞲衅髟贚inux系統(tǒng)下驅(qū)動程序的開發(fā)方法，闡述了可動態(tài)加載的設(shè)備驅(qū)動程序的配置、設(shè)計和調(diào)試步驟．

1 驅(qū)動程序的原理

驅(qū)動程序的目的是驅(qū)動硬件正常工作，所以編寫驅(qū)動程序要針對特定的硬件來進行．Linux設(shè)備驅(qū)動程序是為特定的硬件提供給應(yīng)用程序的一組標準化接口，它隱藏了設(shè)備工作的細節(jié)．設(shè)備驅(qū)動程序從總體上看分為兩部分：驅(qū)動程序與Linux內(nèi)核的接口、驅(qū)動程序與設(shè)備的接口［3]．其代碼結(jié)構(gòu)大致可以分為如下幾個部分：驅(qū)動程序的注冊與注銷、設(shè)備的打開與釋放、設(shè)備的讀寫操作、設(shè)備的控制操作、設(shè)備的中斷和輪詢處理［4]．

Liunx系統(tǒng)的設(shè)備分為三種類型：字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備．基于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）的溫度傳感器屬于字符設(shè)備，其實現(xiàn)流程包括設(shè)備的注冊，文件操作結(jié)構(gòu)體（file＿operations）賦值，以及編寫文件操作結(jié)構(gòu)體中用到的函數(shù)．模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊功能非常簡單，所以在文件操作結(jié)構(gòu)體中只需要設(shè)置打開函數(shù)（open）、釋放函數(shù)（release）以及讀取函數(shù)（read）的指針，相應(yīng)的僅需要實現(xiàn)open函數(shù)、release函數(shù)和read函數(shù)．

2 驅(qū)動程序的設(shè)計

open函數(shù)提供給驅(qū)動程序以初始化的能力，主要工作內(nèi)容如下：

1）檢查設(shè)備特定的錯誤（諸如設(shè)備未就緒或類似的硬件問題）．

2）如果設(shè)備是首次打開，則對其進行初始化．

3）如果有必要，更新file＿operations指針［5]．在Linux系統(tǒng)用戶空間的應(yīng)用程序中，如果要打開溫度傳感器設(shè)備，需要調(diào)用此內(nèi)核函數(shù)（device＿open）．另外，還可以在此函數(shù)中使用一個全局變量，記錄設(shè)備打開次數(shù)，以標識設(shè)備是否為第一次打開．

release函數(shù)作用與open正好相反，它釋放由open分配的所有資源，并關(guān)閉設(shè)備．同樣的，記錄設(shè)備打開次數(shù)的全局變量需要在此函數(shù)中進行減操作．

read函數(shù)的作用是拷貝數(shù)據(jù)到應(yīng)用程序空間，其表達式為：

static ssize＿t device＿read（struct file＊file，char＊buffer，size＿t length，loff＿t＊offset）

參數(shù)file是文件指針，參數(shù)buffer是指向用戶空間的緩沖區(qū)，參數(shù)length是數(shù)據(jù)長度，參數(shù)loff＿t是指向長偏移量類型（long offset type）對象的指針．該函數(shù)內(nèi)部的程序流程圖如圖1所示．

圖1 read函數(shù)程序流程圖

read函數(shù)還檢查用戶空間的指針是否有效，如果指針無效，就不會進行拷貝；如果在拷貝過程中遇到無效地址，則僅僅會復(fù)制部分數(shù)據(jù)．

3 驅(qū)動程序的加載和測試

驅(qū)動程序編寫完成后，還需要建立該程序的makefile文件，代碼如下：

其中，obj－m是生成目標文件的名稱，KERNELDIR是內(nèi)核路徑．

有了adcdriver．c和makefile文件，使用make命令即可得到驅(qū)動文件adcdriver．ko．然后使用insmod命令動態(tài)加載驅(qū)動程序，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的溫度傳感器驅(qū)動就加載進了Linux內(nèi)核中．

為了測試該驅(qū)動程序，需要編寫Linux系統(tǒng)用戶空間下的應(yīng)用程序adc．c，程序流程圖如圖2所示．

圖2 應(yīng)用程序adc．c的流程圖

在Linux的用戶空間運行此應(yīng)用程序，能夠得到嵌入式處理器S3C2440模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的有效數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度傳感器模擬量數(shù)值與溫度的對應(yīng)關(guān)系，即可獲取外部環(huán)境溫度．

4 結(jié)束語

文中介紹了Linux操作系統(tǒng)下驅(qū)動程序的基本原理和框架，編寫了基于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）的溫度傳感器的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序，并給出實際項目中的操作步驟，對實現(xiàn)同類芯片的其他硬件驅(qū)動有很好的參考價值．

［1] 張威，黃沖．嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動的設(shè)計方法研究［J] ．江西師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，31（4）：391－393．

［2] 巍鶩，張煥強，方貴明．基于Linux的USB驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)［J] ．計算機應(yīng)用，2002，22（8）：17－19．

［3] 李亞峰，歐文盛．ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)從入門到精通［M] ．北京：清華大學(xué)出版社，2007．

［4] 陳濤，余學(xué)才，朱良銷．信號發(fā)生模塊的Linux驅(qū)動程序設(shè)計［J] ．化工自動化及儀表，2010，37（11）：88－91．

［5] Corbet J，Rubini A，Hartman G K．Linux設(shè)備驅(qū)動程序［M] ．北京：中國電力出版社，2006．