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基于S3C2440嵌入式Linux的步進電機驅(qū)動程序

作者: 時間:2011-10-10 來源:網(wǎng)絡 收藏

開發(fā)過程中需要為指定設備編寫和編譯,這與以往在PC機上的驅(qū)動開發(fā)明顯不同,本文設計了下激光雕刻系統(tǒng)的

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/150121.htm

1 硬件系統(tǒng)的設計

開環(huán)控制系統(tǒng)主要由中央控制器、驅(qū)動器、傳感器以及步進電機四大部分組成。本系統(tǒng)采用ARM920t內(nèi)核的S3C244 0A微處理器作為控制系統(tǒng)的中央控制器,該芯片主頻400MHz,最高可達到533MHz,內(nèi)含多種設備接口,存儲器使用64MB的Nand Flash和64MB的SDRAM。圖1所示為控制系統(tǒng)框圖。

步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)主要控制兩個兩相混合式步進電機,分別代表X軸和Y軸帶動傳能光纖進行激光雕刻。系統(tǒng)采用8路I/O口進行脈沖輸出,每4路接一個步進電機驅(qū)動器,通過功率放大后,進入步進電機的各項繞組。電機有半步、整步兩種工作模式,整步模式的步距角為1.8°,半步模式的步距角為0.9°,整步一周共200步。如:半步模式的兩步進電機正轉(zhuǎn)脈沖為{0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,Oxcc,0x88,0x99};整步模式為{0x11,0x22,0x44,0x88,0x11,0x22,0x44,0x88},一個步進電機運作時,只對脈沖時序的高或低4位操作,另外4位為0。而改變脈沖的順序,即可改變轉(zhuǎn)動方向。在整個控制系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)處理在Linux應用程序中完成,步進量傳遞給Linux后,由驅(qū)動程序完成脈沖輸出。通過軟件來完成脈沖分配,可根據(jù)應用系統(tǒng)的需要,隨時改變對步進電機的控制。

3 Linux步進電機驅(qū)動程序的設計

Linux操作系統(tǒng)將所有的設備(而不僅是存儲器里的文件)都看成文件,以操作文件的方式訪問設備。應用程序不能直接操作硬件,而是使用統(tǒng)一的接口函數(shù)調(diào)用硬件驅(qū)動程序。設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件之間的接口。Linux設備驅(qū)動與內(nèi)核接口可分為三大方面:a.與系統(tǒng)啟動代碼的接口對設備進行初始化;b.與內(nèi)核接口通過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)file.operrations來完成;c.與設備的接口對設備進行讀寫操作。

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。而脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)是控制電機的兩個重要方面。本系統(tǒng)步進電機4路脈沖輸出由硬件地址0x28000006的bit0~bit3控制,bit0對應MOTOR A+,bit1對應MOTOR B+,bit2對應MOTOR_A-,bit3對應MOTOR_B-。這里針對整步模式下的步進電機進行脈沖分配信號,半步模式的步進電機正轉(zhuǎn)導電狀態(tài)時的控制順序為A+_A+B+_B+_B+A-_A-_一A-B-_B-,整步模式的步進電機正轉(zhuǎn)導電狀態(tài)時的控制順序為A+_B+_A-_B-。

因此在程序中需要通過編制脈沖分配信號來控制步進電機,并通過修改脈沖分配信號來實現(xiàn)對步進電機方向的控制。圖2是用軟件形成環(huán)形脈沖的流程圖。

系統(tǒng)中的步進電機只響應應用程序傳送給驅(qū)動的步進量和部分參數(shù),只能順序地進行控制操作,因此它可作為字符設備來進行驅(qū)動。在驅(qū)動程序中,需要提供幾個操作函數(shù)的入口點,分別為open、read、write、ioet1等。而ioct1函數(shù)尤為重要,系統(tǒng)通過調(diào)用這個函數(shù)可以控制步進電機的轉(zhuǎn)動。

在初始化函數(shù)中,會將驅(qū)動程序的file operations結(jié)構(gòu)連同其主設備號一起向內(nèi)核進行注冊。對于字符設備使用以下函數(shù)進行注冊:int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations*fops);其中,unsigned int major為定義的主設備號,const char*name為定義的設備名稱,這里把設備名宏定義為stepper。file_operations*fops為定義的指針變量。申請控制步進電機的端口用以下函數(shù)進行調(diào)用:request_region(0x28000006, 1, const char*name);因為步進電機用到了I/O端口,而在中操作端口要用虛擬地址而非實際的物理地址,因此要修改內(nèi)核代碼。修改文件內(nèi)核源代碼中間的smdk.c,該文件在linux/arch/arm/mach-s3c2440中,在結(jié)構(gòu)體static struct map_descsmdk_io_desc[]中添加一行數(shù)組元素{0xd3000000,0x28000000,Ox01000000,DOMAIN_IO,0,1,0,0},則步進電機的物理地址0x28000006對應的虛擬地址為0xd3000006,在驅(qū)動程序中應對這個地址進行操作。

根據(jù)上面提到的步進電機的脈沖分配信號,定義它半步模式正轉(zhuǎn)脈沖為:

unsigned char pulse_table[]=

{0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,Oxcc,0x88,0x99};

利用應用程序傳遞給stepper ioct1的參數(shù)arg來判斷轉(zhuǎn)動方向。編寫ioctl函數(shù)用來接收應用程序?qū)τ诓竭M電機的控制。以下是部分驅(qū)動程序代碼:

設備卸載與前面提到的設備注冊是相反的過程。當從系統(tǒng)中卸載一個模塊時,主設備號要得到釋放。這一操作可以調(diào)用以下函數(shù)進行模塊清除:

int unregister_chrdev(unsigned int major,const char*name);

首先,編譯步進電機模塊,打開內(nèi)核中drivers/char/Konfig文件,添加如下語句:

Config STEPPER_MODULE、tristatestepper module、depends on ARCH_、help、stepper driver module。

在終端中運行命令make menuconfig,進入內(nèi)核配置主菜單,在DeviceDriver→Character device菜單中看到剛才所添加的選項了,之后編譯為模塊方式。

其次,打開內(nèi)核中drivers/char/Makefile文件,添加如下語句:

obj-$(CONFIG_STEPPER_MODELL)+=stepper_module.o

最后,回到內(nèi)核源代碼根目錄位置,執(zhí)行make modules,就可生成系統(tǒng)所需要的內(nèi)核模塊文件stepper module.ko了。至此,完成了步進電機模塊驅(qū)動的編譯。之后,便可使用insmod、rmmod命令分別對模塊進行加載、卸載了。

4 結(jié)論

本文歸納了驅(qū)動程序開發(fā)的一般流程,并結(jié)合步進電機的驅(qū)動闡述了驅(qū)動程序的編寫。與原有通過操作PC機來控制步進電機相比,本文是在Linux操作系統(tǒng)支持MMU的情況下完成了對步進電機的控制。

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