基于ARM+Linux 2．6內(nèi)核的控制系統(tǒng)驅動設計

摘要：在Linux 2．6內(nèi)核下驅動的設計相對以往版本Linux內(nèi)核有了很多改進，而ARM9被廣泛用于控制領域。結合項目背景，介紹在Linux 2．6．21．7內(nèi)核下基于AT91RM9200硬件平臺的某儀器控制系統(tǒng)驅動設計，重點介紹I／O口和中斷驅動設計方法，引入阻塞型I／O。通過在交叉開發(fā)環(huán)境編譯調試進行驗證，該設計已應用到儀器中。
關鍵詞：Linux；ARM；驅動；嵌入式系統(tǒng)；中斷；阻塞型I／O

0 引 言
嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)都有其特殊的應用場合與特定功能，而嵌入式Linux操作系統(tǒng)因其開源和廣泛的處理器支持、易于移植而備受行業(yè)青睞。AT91RM9200是Atmel公司針對系統(tǒng)控制、通信領域推出的基于ARM920T內(nèi)核的32位RISC微處理器，它具有小體積，低功耗，低成本及高性能等特點，其內(nèi)部集成了SPI、串口、PIO、以太網(wǎng)、EBI、USB、MCI等多種接口。
在Linux系統(tǒng)中，應用層不可以直接操作硬件，需設計驅動程序向下屏蔽硬件特性，實現(xiàn)硬件與用戶間的通信。系統(tǒng)平臺為在虛擬機中安裝Fedora 8，目標系統(tǒng)采用Linux 2．6．21．7內(nèi)核，定制文件系統(tǒng)建立NFS根文件系統(tǒng)，使用雙網(wǎng)卡方式搭建成交叉開發(fā)環(huán)境，并使用超級終端或minicom作為控制臺。

l 設備驅動程序設計
該控制系統(tǒng)框架如圖1所示。ARM通過USARTl接收外來的控制命令，通過SPI接口和通用PIO口與外部設備通信，達到控制作用。在Linux下，所有的設備以文件的形式來使用。其中Linux已經(jīng)提供了支持AT91RM9200的SPI驅動，DBGU和UART驅動，只要對其源代碼進行一些修改并在編譯內(nèi)核時將其選中就可以直接使用。所以主要集中在PIO口驅動設計中，外部設備使用一個．PB29引腳(即IRQO)作為外部中斷信號提供給ARM，另外使用一些I／O引腳對外部設備進行控制。

Linux設備分為3類：字符設備、塊設備和網(wǎng)絡設備，該系統(tǒng)設計的是模塊化字符設備驅動程序。Linux 2．6內(nèi)核與Linux 2．4內(nèi)核主要有3點不同：
(1)內(nèi)核的API變化，增加了不少新功能；
(2)提供了sysfs用于描述設備樹；
(3)驅動模塊從．o變?yōu)椋甼o。
1．1 驅動程序重要數(shù)據(jù)結構
打開的設備在內(nèi)核內(nèi)部由file結構標識，內(nèi)核使用file_operations結構訪問驅動程序的函數(shù)。file_opera_tions結構是一個定義在Linux／fs．h>中的函數(shù)指針數(shù)組。下面主要介紹常用的幾個成員：