基于ARM Linux的電子控制油門設計
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1 系統原理
1.1 電控油門原理
工作時，由駕駛員發出轉速的控制指令，由節氣門開度傳感器采集發動機的轉速參數，并把信號輸入電控單元；電控單元將控制信號和反饋的節氣門位置信號進行比較，根據比較的結果來驅動執行器改變節氣門的開度，使實際的開度與控制開度達到一致，從而實現車速的自動控制。
1.2 舵機控制原理
舵機是一種位置（角度）伺服驅動器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的系統。S3003型舵機有3個引腳，分別為電源Vcc、地GND和控制線Signal。控制信號由Signal通道進入信號調制芯片，獲得直流偏置電壓[2]。它的內部有一個基準電路，產生周期為20 ms、寬度為15 ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動芯片以決定電機的正反轉。當電機轉速一定時，通過級聯減速齒輪帶動電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動。
控制線的輸入是一個寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20 ms（即頻率為50 Hz）。當方波的脈沖寬度改變時，舵機的角度發生改變，角度變化與脈沖寬度成正比。其輸出軸轉角與輸入脈沖寬度關系如圖1所示。
圖1 舵機輸出轉角與輸入脈沖寬度關系
2 系統設計
本系統采用三星公司的S3C2410和Futaba公司的S3003型舵機分別作為控制器和執行器，使用Linux操作系統，實驗平臺為濟南恒信有限公司的發動機實驗平臺。
圖2 系統流程
2.1 系統設計流程
系統流程如圖2所示。控制器S3C2410完成各項初始化工作，接收來自操作人員的cmd指令，根據cmd的值來進行一系列的處理，包括停止執行器、旋轉多少角度等。然后通過節氣門開度傳感器和轉速傳感器計算出等效的cmd值，并與cmd進行比較以決定是進行下一次cmd的判斷，還是調整執行器的角度。
2.2 設置Linux系統時鐘頻率
為了降低電磁干擾和降低板間布線要求，芯片外接的晶振頻率通常很低，通過時鐘控制邏輯的PLL提高系統時鐘[3]。在三星公司的S3C2410A手冊中列出了推薦的幾種時鐘頻率，這里我們選用輸出時鐘頻率FCLK=20280 MHz的配置，即PLL控制寄存器中的：MDIV=161(0xa1)、PDIV=3、SDIV=1。
在UBoot的board/smdk2410/smdk2410.c中進行設置：
#define M_MDIV 0xA1
#define M_PDIV 0x3
#define M_SDIV 0x1
int board_init (void){
……
/* configure MPLL */
clk_power﹥MPLLCON = ((M_MDIV ﹤﹤ 12) + (M_PDIV ﹤﹤ 4) + M_SDIV);
……
}
在UBoot的cpu/arm920t/start.S中設置FCLK、HCLK、PCLK的比例：
/* FCLK:HCLK:PCLK = 4:2:1*/
ldrr0, =CLKDIVN
mov r1, #3
strr1, [r0]
由以上程序可知FCLK=202.80 MHz，HCLK=10140 MHz，PCLK=50.70 MHz，而S3C2410的PWM模塊使用的時鐘是PCLK，所以PWM的輸入時鐘為50.7 MHz。
2.3 舵機驅動程序編寫
2.3.1 使用udev來動態建立設備節點
Linux 2.6系列的內核使用udev來管理/dev目錄下的設備節點。同時它也用來接替devfs及hotplug的功能，這意味著它要在添加/刪除硬件時處理/dev目錄以及所有用戶空間的行為，包括加載firmware時。udev依賴于sysfs輸出到用戶空間的所有設備信息，以及當設備添加或者刪除時/sbin/hotplug對它的通知[4]。
為了udev能夠正常工作，一個設備驅動程序要做的事情是通過sysfs將驅動程序所控制設備的主設備號和次設備號導出到用戶空間。udev在sysfs中的/class/目錄樹中搜索名為dev的文件，這樣內核通過/sbin/hotplug接口調用它的時候，就能獲得分配給特定設備的主設備號和次設備號[5]。一個設備驅動程序只需要使用class_create接口為它所控制的每個設備創建該文件。
linux操作系統文章專題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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