嵌入式作业

arm嵌入式linux系统。

设计与开发。项。目。

设。计。

院系：信息工程学院

班级：2009级（一）班。

学号： 2009051107

姓名：谷耀民

授课教师：杜俊

在嵌入式linux开发过程中需要为指定设备编写和编译驱动程序，这与以往在pc机上的linux驱动开发明显不同，本文设计了基于s3c2440嵌入式linux下激光雕刻系统的步进电机驱动程序。

1 硬件系统的设计。

步进电机开环控制系统主要由**控制器、步进电机驱动器、传感器以及步进电机四大部分组成。本系统采用基于arm920t内核的s3c244 0a微处理器作为控制系统的**控制器，该芯片主频400mhz，最高可达到533mhz，内含多种设备接口，存储器使用64mb的nand flash和64mb的sdram。图1所示为控制系统框图。

图1 环形脉冲流程图。

2 系统的工作原理。

本系统主要控制两个两相混合式步进电机，分别代表x轴和y轴带动传能光纤进行激光雕刻。系统采用8路i/o口进行脉冲输出，每4路接一个步进电机驱动器，通过功率放大后，进入步进电机的各项绕组。电机有半步、整步两种工作模式，整步模式的步距角为1.

8°，半步模式的步距角为0.9°，整步一周共200步。如：

半步模式的两步进电机正转脉冲为；整步模式为，一个步进电机运作时，只对脉冲时序的高或低4位操作，另外4位为0。而改变脉冲的顺序，即可改变转动方向。在整个控制系统中，数据处理在linux应用程序中完成，步进量传递给linux驱动程序后，由驱动程序完成脉冲输出。

通过软件来完成脉冲分配，可根据应用系统的需要，随时改变对步进电机的控制。

3 嵌入式linux步进电机驱动程序的设计。

linux操作系统将所有的设备(而不仅是存储器里的文件)都看成文件，以操作文件的方式访问设备。应用程序不能直接操作硬件，而是使用统一的接口函数调用硬件驱动程序。设备驱动程序是操作系统内核和硬件之间的接口。

linux设备驱动与内核接口可分为三大方面：a.与系统启动**的接口对设备进行初始化；b.

与内核接口通过数据结构来完成；c.与设备的接口对设备进行读写操作。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。而脉冲信号的频率和脉冲数是控制电机的两个重要方面。本系统步进电机4路脉冲输出由硬件地址0x28000006的bit0～bit3控制，bit0对应motor a+，bit1对应motor b+，bit2对应motor_a-，bit3对应motor_b-。

这里针对整步模式下的步进电机进行脉冲分配信号，半步模式的步进电机正转导电状态时的控制顺序为a+_a+b+_b+_b+a-_a-_一a-b-_b-，整步模式的步进电机正转导电状态时的控制顺序为a+_b+_a-_b-。

因此在程序中需要通过编制脉冲分配信号来控制步进电机，并通过修改脉冲分配信号来实现对步进电机方向的控制。图2是用软件形成环形脉冲的流程图。

系统中的步进电机只响应应用程序传送给驱动的步进量和部分参数，只能顺序地进行控制操作，因此它可作为字符设备来进行驱动。在驱动程序中，需要提供几个操作函数的入口点，分别为open、read、write、ioet1等。而ioct1函数尤为重要，系统通过调用这个函数可以控制步进电机的转动。

在初始化函数中，会将驱动程序的file operations结构连同其主设备号一起向内核进行注册。对于字符设备使用以下函数进行注册：int register_chrdev(unsigned int major,const char*name，struct file_operations*fops);其中，unsigned int major为定义的主设备号，const char*name为定义的设备名称，这里把设备名宏定义为stepper。

file_operations*fops为定义的指针变量。申请控制步进电机的端口用以下函数进行调用：request_region(0x28000006, 1, const char*name);因为步进电机用到了i/o端口，而在s3c2440中操作端口要用虚拟地址而非实际的物理地址，因此要修改内核**。

修改文件内核源**中间的该文件在linux/arch/arm/mach-s3c2440中，在结构体static struct map_descsmdk_io_desc中添加一行数组元素，则步进电机的物理地址0x28000006对应的虚拟地址为0xd3000006，在驱动程序中应对这个地址进行操作。

根据上面提到的步进电机的脉冲分配信号，定义它半步模式正转脉冲为：

unsigned char pulse_table=

利用应用程序传递给stepper ioct1的参数arg来判断转动方向。

编写ioctl函数用来接收应用程序对于步进电机的控制。

以下是部分驱动程序**：

static int stepper ioctl (struct inode *inode,struct file *file,unsigned int cmd,unsigned long arg)

int i;

if(cmd<0||cmd>256)

return –einval }

for (i=0;i<8;i++)

if ((cmd &(1<

elses3c2440_gpio_setpin (gpd_in_table[i],1);}

return 0;

设备卸载与前面提到的设备注册是相反的过程。当从系统中卸载一个模块时，主设备号要得到释放。这一操作可以调用以下函数进行模块清除：

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

首先，编译步进电机模块，打开内核中drivers/char/konfig文件，添加如下语句：

config stepper_module、tristate"stepper module"、depends on arch_s3c2440、help、stepper driver module。

在终端中运行命令make menuconfig，进入内核配置主菜单，在devicedriver→character device菜单中看到刚才所添加的选项了，之后编译为模块方式。

其次，打开内核中drivers/char/makefile文件，添加如下语句：

obj-$(config_stepper_modell)+=stepper_

最后，回到内核源**根目录位置，执行make modules，就可生成系统所需要的内核模块文件stepper 了。至此，完成了步进电机模块驱动的编译。之后，便可使用insmod、rmmod命令分别对模块进行加载、卸载了。

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