基于Linux平臺下的FPGA的ARM驅動開發(fā)方法

Linux操作系統(tǒng)的全稱是GNU／Linux，它是由GNU工程和Linux內核兩個部分共同組成的一個操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)中所有組件的源代碼都是自由的，可以有效保護學習成果，因而在嵌入式領域得到了廣泛的應用。

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，該器件是作為專用集成電路ASIC (Application Specific Integrated Circuit)領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，它的出現(xiàn)既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。在通信行業(yè)、傳輸網、醫(yī)療儀器、各種電子儀器、安防監(jiān)控、電力系統(tǒng)、汽車電子以及消費類電子中都大面積使用。隨著產品研發(fā)周期的逐步縮短，定制型產品的開發(fā)使FPGA在后面的應用面越來越廣。例如在2G和3G通信，以及以后的4G通信和wimax等等通信類設備中，它與DSP、MPU一起將大量出現(xiàn)在其中。

S3C2410微處理器是一款由Samsung為手持設備設計的低功耗、高度集成的微處理器，采用272腳FBGA封裝，內含一個ARM920T內核和一些片內外圍設備。在時鐘方面，該芯片集成了一個具有日歷功能的RTC和具有PLL (MPLL和UPLL)的芯片時鐘發(fā)生器。MPLL產生的主時鐘能夠使處理器工作頻率最高達到203MHz。這個工作頻率能夠使處理器輕松運行于Windows CE，Linux等操作系統(tǒng)并進行較為復雜的信息處理。為此，本文以S3C2410上使用Altera公司的EP2S30F67214為例，系統(tǒng)地介紹了在Linux系統(tǒng)環(huán)境下的FPGA的驅動方法。

1基本原理

Linux下的設備驅動程序通常是一個存在于應用程序和實際設備間的軟件層。許多設備驅動都是與用戶程序一起發(fā)行的，可以幫助配置和存取目標設備。

在Linux下驅動FPGA，其本質上就是字符設備的驅動，慣例上它們位于／dev目錄。

1.1主次編號

在內核中，dev_t類型(在中定義)用來持有設備編號。通常2.6內核版本限制在255個主編號和255個次編號。

建立一個字符驅動時，需要做的第一件事是獲取一個或多個設備編號。其必要的函數(shù)是regis-ter_chrdev_region，設計時可在中聲明：

int register_chrdev_region(dev_t first，unsigned int count，char*name)；

如同大部分內核函數(shù)一樣，如果分配成功，register_chrdev_region的返回值將是0。出錯時，則返回一個負的錯誤碼，但不能存取請求的區(qū)域。

1.2 重要數(shù)據結構

注冊設備編號僅僅是驅動代碼必須進行的諸多任務中的第一個。驅動操作包括三個重要的內核數(shù)據結構，稱為file_operations、file和inode。其中，對于FPGA驅動來說，最值得關注的是文件操作(file_operations)。

file_operation結構是一個用字符驅動方式建立設備編號和設備操作的連接結構，定義在．是一個函數(shù)指針的集合。每個打開文件與它自身的函數(shù)集合相關，這些操作大部分可由系統(tǒng)調用，例如：open()，read ()等等。典型的file_operation結構可用FPGA設備列表所示，其代碼如下：



第一個file_operations元素根本不是一個操作，它是一個指向擁有這個結構的模塊指針，或用來在操作使用時阻止模塊被卸載，它也是在中定義的宏；

llseek主要用于改變文件中的當前讀／寫位置，同時可將新位置作為(正的)返回值。其定義如下：

loff_t(*llseek) (struct file*，loff_t，int)；

ioctl可為系統(tǒng)調用提供一個發(fā)出設備特定命令的方法。如果設備不提供ioctl方法，那么，對于任何未事先定義的請求，系統(tǒng)調用將返回一個錯誤。定義如下：

int(*ioctl) (struct inode*，struct file*，unsigned int，unsigned long)：

1.3 設備注冊

內核在內部將使用struct cdev類型結構來代表字符設備。在內核調用設備操作前，代碼應當包含。而如果想將cdev結構嵌入設備特定的結構中，則應當初始化已經分配的結構，其使用的代碼為：

void cdev_init(struct cdev*cdev，structfile_operations*fops)；

1.4 open和release

open主要用于提供驅動初始化，在大部分驅動中，open應當檢查設備特定的錯誤(例如設備沒準備好，或者類似的硬件錯誤)，但是，其第一步常常是確定打開哪個設備。open的原代碼為：

int(*open) (struct inode*inode，structfile*flip)；

release是open的反操作。