ARM+Linux 的儀器控制系統的設計模式分析

0 引 言

嵌入式系統的開發都有其特殊的應用場合與特定功能，而嵌入式Linux操作系統因其開源和廣泛的處理器支持、易于移植而備受行業青睞。AT91RM9200是Atmel公司針對系統控制、通信領域推出的基于ARM920T內核的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，其內部集成了SPI、串口、PIO、以太網、EBI、USB、MCI等多種接口。

在Linux系統中，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，實現硬件與用戶間的通信。系統平臺為在虛擬機中安裝Fedora 8，目標系統采用Linux 2.6.21.7內核，定制文件系統建立NFS根文件系統，使用雙網卡方式搭建成交叉開發環境，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、塊設備和網絡設備，該系統設計的是模塊化字符設備驅動程序。Linux 2.6內核與Linux 2.4內核主要有3點不同：

(1)內核的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變為.ko。

1.1 驅動程序重要數據結構

打開的設備在內核內部由file結構標識，內核使用file_operaTIons結構訪問驅動程序的函數。file_opera_tions結構是一個定義在 中的函數指針數組。下面主要介紹常用的幾個成員：

在這些函數指針中，open和release用于設備的打開和關閉，是每個驅動程序必須實現的函數。其他函數根據實際需要來實現，在該項目中實現方式如下：