基于S3C2410及嵌入式Linux的氫氣濃度的檢測系統(tǒng)的解決方案

2．3 ADC與微處理器接口電路

氫氣傳感器輸出信號頻率一般都遠小于1 kHz。根據(jù)香農采樣定理可知，采樣頻率至少要大于信號最高頻率的2倍。另外，為了滿足最小2 mg／m3的分辨率，這里采用美國ADI公司推出的一款高速低功耗串行12位8 通道A／D轉換器AD7888。它是單電源工作，電壓VDD范圍為2．7～5．25 V。AD7888有2．5 V的片內基準電壓，也可以使用外部基準電壓，范圍從1．2 V到VDD。模擬輸入電壓從O到VREF，采樣頻率可高達125 kHz，可與多種串行接口(SPI／QSPI／MICROWIRE／DSP)兼容。

本監(jiān)測系統(tǒng)的核心處理器是三星公司推出的16／32位RISC處理器S3C2410。它為手持設備和一般應用提供了低價格、低功耗、高性能的小型微控制器解決方案。S3C2410提供了豐富的內部設備：分開的16KB的指令Cache和16 KB的數(shù)據(jù)Cache，MMU虛擬存儲器管理，LCD控制器，支持NAND Flash系統(tǒng)引導，系統(tǒng)管理器，3通道UART，4通道的DMA，4通道PWM定時器，I／O端口，RTC，8通道10位ADC和觸摸屏接口，I2C總線接口，USB主從機，USB設備，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及內部PLL時鐘倍頻器等。

該系統(tǒng)利用SPI實現(xiàn)A／D轉換器與ARM處理器的數(shù)據(jù)傳輸，其接口電路如圖3所示。SPlCLK0為SPI串行時鐘信號，SPIMISO0和 SPIMOSI0數(shù)據(jù)引腳用來發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)。nSS0作為SPI的片選信號，低電平有效。

3 系統(tǒng)軟件結構設計

本系統(tǒng)在S3C2410上移植了韓國Mizi公司開發(fā)的Bootloader(VIVI)、嵌入式Linux-2．6．14內核以及cramfs根文件系統(tǒng)，構建了具有嵌入式Linux操作系統(tǒng)的軟件環(huán)境。

3．1 外圍設備驅動程序設計

Linux設備驅動程序是為特定硬件提供給用戶程序的一組標準化接口，它隱藏了設備工作的細節(jié)。但對于特定的硬件設備來說，其對應的設備驅動程序不同，所以不同外部設備驅動程序的開發(fā)是嵌入式軟件設計過程中必不可少的一部分。

Linux常以模塊的形式加載設備，便于多個設備的協(xié)調工作也利于應用程序的開發(fā)和擴展。設備驅動在加載時首先需要調用入口函數(shù)ini- t_module()。該函數(shù)完成設備驅動的初始化工作，比如寄存器置位、結構體賦值等。其中最重要的一個工作就是向內核注冊該設備，字符設備調用函數(shù) register_chrdev()完成注冊，塊設備調用函數(shù)reglster_blkdev()完成注冊。相應地，設備驅動在卸載時需要調用 cleanup_mod-ule()。該函數(shù)完成相應資源的回收、設備的注銷、釋放主設備號和設備文件名等。字符設備利用 unregister_chrdev()注銷設備，塊設備利用unregister_blkdev()注銷設備。

Linux內核中，每個設備驅動程序都對應一個file_operations數(shù)據(jù)結構。在file_operations數(shù)據(jù)結構中，定義了一些與此設備相關的打開、關閉、讀／寫、控制等功能函數(shù)，當用戶進行系統(tǒng)調用時，將自動使用驅動程序中特定的函數(shù)來實現(xiàn)具體的操作。實際上，編寫設備驅動程序的過程也就是實現(xiàn)struct file_operations結構中的部分所需函數(shù)的過程。

3．2 應用程序設計

有了設備驅動程序提供底層硬件與應用程序的接口，Linux系統(tǒng)訪問底層設備就像訪問普通文件一樣。例如，打開設備使用系統(tǒng)調用open()，關閉設備使用系統(tǒng)調用close()，讀／寫設備使用系統(tǒng)調用read()和write()等。應用程序流程如圖4所示。首先系統(tǒng)上電復位，程序初始化，然后掃描鍵盤值，看是否有鍵值按下。若有，則進行按鍵處理并按輸入步驟設置程序；若無，則開中斷并啟動A／D轉換，等待轉換完成產生中斷，進入中斷服務程序。中斷服務程序流程如圖5所示。首先關閉中斷，讀取A／D采集數(shù)據(jù)，調用適用于緩變信號的中值濾波算法處理轉換結果，將連續(xù)采樣的5次采樣值按大小排序，取中間值為本次有效值。然后，存儲處理后的數(shù)據(jù)并送顯示器顯示。最后，從中斷返回到主程序中，再判斷當前數(shù)據(jù)是否超過設定的臨界值。若大于臨界值，作報警處理；否則就開中斷，等待下一次轉換結束。依此循環(huán)處理。