嵌入式系统软硬件设计

1、课程名称：嵌入式系统的软硬件设计论文题目：基于嵌入式web服务器的远程控制系统姓名:组号:日期:一、设计背景介绍目前，Internet技术己在全球普及，嵌入式也开始采用这一技 术，并成为热点。嵌入式的Internet技术具有广泛的应用前景，比 如智能公路、信息家电、工业自动化、电子商务、设备管理等。在嵌 入式Internet技术中，嵌入式web服务器的研究有这种用意义。它 可以为我们管理、控制和监测各式各样的设备提供了己很好的途径。 嵌入式Web服务器可以运行在硬件受限的嵌入式系统上，通过用户端 的浏览器，可以使用图形界面来访问嵌入式系统，而这种方式是基于 Internet的，这种设备可以在世

2、界的任何一个地方，只要它连入 Internet就能控制它，非常的方便。随着Internet技术和嵌入技术的高速发展，基于Internet的 远程控制越来越普遍，工业现场运行维护模式正在发生深刻的网络变 化：即将web服务器“嵌入”工业控制系统中接入Internet网中， 在世界的任何一个地方可以通过网络Internet获得该工业控制的实 时控制的信息。进而实现实时远程控制，调节，维护。显然这种基于 web服务器的远程控制维护将大大减少成本。但是现有的远程控制系统都是基于C/S模式的，需要客户端程 序的支持，这不仅加大客户端的编程，还加大客户端的维护的工作量。 木小组选择了基于嵌入式web服务器

3、远程控制系统。提供简单的人机 交互页而的，减少了远程控制系统程序开发的难度。18 / 18二、系统总体方案2.1硬件资源本次课程实验采用的硬件平台友善公司的MINI2440开发板，如 图1所示Mini2440是一款真正低价实用的ARM9开发板，是目前国 内性价比最高的一款学习板；它采用Samsung S3C2440为微处理器， 并采用专业稳定的CPU内核电源芯片和复位芯片来保证系统运行时 的稳定性。开发板提供了 3个串行口、一个USB Host、一个USB Slave B、4个USER LED、1个PWM控制蜂鸣器、一个可调电阻等。根据木 系统所涉及的模块做出系统硬件框图如图2所示。g nrn

4、nriHUilHiK 5芒.宙Y同unii痂阳图 1 MIXI2440图2系统硬件框图2. 2软件设计首先分析系统的功能需求，我们设计题目是基于嵌入式web服务器的远程控制系统，那么此系统需要完成以下几个功能：1) WEB服务器的搭建经过查阅资料我们选择BOA服务器作为木系统的WEB服务器,BOA服务器是一个小巧高效的web服务器，是一个运行于Unix或linux下的，支持CGI的、适合于嵌入式系统的单任务的 http服务器，源代码开放、性能高。具体的搭建流程参考网 络资料。2）控制页面的编写控制页面主要是通过html语言编写，将页而文件放置在web 服务的文件根目录下，等待浏览器访问web服

5、务器时，服务 器能够自动的返回我们所编写的页面，从而实现及远程的交 互3）服务器端CGI程序的编写根据html和CGI调用的规范，我们将事先写好的程序编译成 CGI文件放置到web服务器的相应文件夹中，当有相应的请 求发生时，web服务器会自动条用相应的CGI程序。4）linux驱动的编写linux驱动主要涉及LED驱动、PWM驱动及DS18B20驱动。木系统大体的流程图如下：Response占空比输 入页面lgBZpiLHZMK态设 连页而RtQ-esti II /(I I 1 I U 1 1 J IJ* 1 I D-请求服务IL PWMi殳进结CGIl!|n|-hVRHU 务!LED设皎M

6、S81阳故故据显示页而系统流程图三、驱动设计（个人工作）1、主要内容1）蜂鸣器驱动的编写2）DS18B20驱动的编写 2、设备驱动原理linux系统设备分为3类：字符设备、块设备、网路设备。基本框架如下图所示：I子粗I备文件!參接字1于符 设备块设Z动协甘1网络设3动J字初洛 J块设4字符设备：是指只能按字节读写的设备，不能随机读取设备内存 中的某一数据，读取数据需要按照先后。字符设备是而向流的设备, 常见的设备有鼠标、键盘、串口、控制台和LED设备等。块设备：是指可以从设备的任意位置读取一定长度的设备。块设 备包括硬盘、磁盘、U盘和SD卡等。编写字符设备驱动之前可以通过下图了解用户空间及字符

7、设备 是如何进行交互的:r!z:3、蜂鸣器驱动编写蜂鸣器的控制时通过改变PWM的占空比来实现的，MINI2440开 发板提供了如下资源，通过控制GPBO的输出可以控制蜂鸣器的状态, 因为木实验要实现的是对蜂鸣器响声的调节，所以需要调节引脚输出 电平的频率和占空比来实现，这样就需要编写PWM驱动了。整个驱动设计流程如下图所示:1) 字符设备的定义struct pwm_devstruct cdev cdev;/字符设备结构体；定义一个结构体用来存放相关变量，有利于提高驱动的扩展性。2) 设备初始化cdev_init(&dev-cdev, &pwm_fops);通过调用cdev_init函数进行设备

8、的初始化，第一个参数为字符 设备结构体的地址，第二个变量为pwm设备的操作函数结构体地 址。3) 设备号获取辻(pwm_major) /主设备号己经分配直接注册设备devno = MKDEV(pwm_major, pwm_minor);result = register_chrdev_region(devno, 1, DEV_NAME);else 主设备号未分配，需要动态分配result =alloc_chrdev_region(&devno,0,1,DEV_NAME);pwm_major = MAJOR(devno);辻(result cdev. owner = THIS_MODULE;de

9、v-cdev. ops = &pwm_fops;err = cdev_add(&dev-cdev, devno, 1);对字符设备结构体的一些变量进行初始化，然后调用cdev.add进 行设备的添加。5) 设备操作函数的定义struet pwm_fops = owner=THIS_MODULE, .open二pwm_open, release=pwm_release, unlocked_ioctl = pwm_ioctl,;定义一个结构体用于指明此设备驱动在系统调用的时候回调 用哪些函数，由于本设备只需要具备open (打开操作)、release (释放操作)和unlocked_ioctl (

10、设备控制操作)。 pwm_openstatic int pwm_open( struct inode binode, struct file*filp )int retval = 0;f ilp-private_data = pwm_devp;tyy_pwm_init();printkCPWM init 0K!n);return :retval;void tyy_pwm_init( void )tyy_pwm_gpio_init();tyy_pwm_config();pwm_open函数中主要实现有关PWM引脚的配置、寄存器的配 置，设定PWM引脚为TOUT.时钟频率62. 5KHZ,同时定时

11、器自动 装载计数值。 p_releasesta tic int p_re lease ( st rue t inode *inode, st ruct file*filp )tyy_p_close ()；printk(close okn);return 0;void tyy_pwm_close( void )unsigned long val_TC0N= _raw_readl (PW_TC0N); val_TC0N &二PWM_TCON_TXRELOAD;_raw_writel (val_TC0N , PWM_TCON); s3c2410_gpio_cfgpin(PWM_GPI0,S3C241

12、0_GPI0_0UTPUT);s3c2410_gpio_setpin (PM_GPI0, 0);pwTn_release主要实现PWM的关闭，当设备文件关闭时，会调 用此函数实现PWM定时器的停止，GPBO端口输出的设置(主要防 止端口处于高定平导致蜂鸣器叫，因此需要设置为低电平) pwm_ioctlstatic long pwm_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)switch(cmd)case PWM_IOCTL_START:tyy_pwm_start ();return 0;default:return

13、 -EINVAL;pwm_ioctl函数主要实现对PWM的一些控制，木驱动中总共定义了三个CMDdefine PWM_IOCTL_START_IO(PW_MAGIC, 0)井define PW_IOCTL_SET_TCXTB_I0W(PW_MAGIC,1,int)define PW_IOCTL_SET_TCMPT_I0W(PW_MAGIC, 2,int)第一个为启动PWM定时器、第二个为设置PWM中TCXTB寄存器 的值用于设定定时器的计数值、第三个为设置PWM中TCMPT的值 用于设定占空比。6) 设备驱动的测试int fd;fd = open(，z/dev/pwm_c11，z, O_RDW

14、R);if ( fd private_data; unsigned char resuIt2二0x00, 0x00;mutex_lock_interruptible(&dev-re s_mut ex);DS18B20_Read_Temp(result);err = copy_to_user(buf, &result, sizeof(result); mutex_unlock(&dev-res_mutex);return err ? -EFAULT : min(sizeof(resuIt), size);dsl8b20_read函数中主要实现DS18B20数据的获取并将数据 从内核空间复制到用户

15、空间，从而实现内核空间及用户空间的数据交互。 dsl8b20_openstatic int dsl8b20_open( struct inode *inode, struct file *filp )int retval;f ilp-private_data = dsl8b20_devp;mutex_lock_interruptible(&dsl8b20_devp-res_mutex)rretval = dsl820_existed() ? 0: -EXODEV; mutex_unlock(&dsl8b20_devp-:res_niutex);return retval;dsl8b20_ope

16、n主要实现判断DS18B20是否存在，若果存在则 返回0否则返回一个错误编号。5、调试结果编写好驱动程序，安装到linux系统之后，整个系统运行之后 蜂鸣器和DS18B20的运行结果效果图如下：Get the temperature successful!Date : 08:59:7 07/20 Inperature : 25.938 C返回主页面可见驱动能够正常的工作。6、实验的问题及不足之处1）在进行PWM驱动编写时，参照数据手册和网络上的相关资料进行 PWM寄存器的配置，但是在实际使用的时候，当计数器比较设置 为0的时候此时的GPBO应该是不输出电平的，但是实际的时候会 产生一个高脉冲，导致蜂鸣器会有轻微的震动产生。2）在编写DS18B20驱动的时候，首次测试时无法读取数据每次的数 据都是全1,查找资料确定为时序操作问题，这种问题只能对照 裸机的DS18B20程序和手册进行对比查找哪部分时序操作没有达 到要去导致读取温度数据失败，解决这个问题之后，能够正常的 读取数据，但是又发现了另外一个问题，虽然能够读取温度数据 但是经常性的出现错误的数据，经查阅资料分析应该是有时候读 取数据时时序被打乱了，所以需要读取数据的时候应该添加互斥 锁保证数据读取过程中不会被干扰，添加了互斥锁