嵌入式系统IIC设备驱动程序设计与实现

1、技 术 创 新中 文 核 心 期 刊 微 计 算 机 信 息 (嵌 入 式 与 SOC 2006年 第 22卷 第 10-2期 元 /:现场总线技术应用 200例 嵌 入 式 系 统 应 用嵌入式系统 IIC 设备驱动程序设计与实现Design and Im plem entation of IIC Drivers Based on Em bedded System(南昌工程学院 朱华生叶 军Zhu,Huasheng Ye ,Jun摘要 :为 了 设 计 出 稳 定 可 靠 的 驱 动 程 序 , 首 先 介 绍 IIC 总 线 数 据 传 输 的 时 序 和 嵌 入 式 Linux 系 统

2、驱 动 程 序 的 框 架 结 构 , 然 后 分析 了 基 于 ARM9嵌 入 式 Linux 系 统 IIC 设 备 驱 动 程 序 设 计 的 技 术 难 点 及 解 决 方 法 , 最 后 介 绍 了 基 于 X1227芯 片 EEPROM 设 备 驱 动 程 序 的 实 现 步 骤 。关键词 :Linux;IIC 总线 ; 驱动程序 中图分类号 :TP311文献标识码 :AAbstract:To design credible drivers, first introduces the time sequence of data transmission on IIC bus and

3、 frame of driver in embed-ded linux ,then analyses difficulties of designing driver based on ARM9embedded linux , finally introduces approach of designing EEPROM drivers based on X1227. Key words:linux,IIC bus,drivers文章编号 :1008-0570(200610-2-0170-031前言IIC 总 线 (Inter Integrate Circuit Bus 是 Philips 公

4、 司首先推出的新一代串行扩展总线 , 在嵌入式系统中 得到了广泛的应用 。 S3C2410处理器其性能价格比好 , 所以在嵌入式市场占有率较高 。 S3C2410采用 ARM9内核 , 内部集成 IIC 总线 , 因此它连接 IIC 设备非常方 便 。 本文主要研究基于 S3C2410嵌入式 Linux 系统 IIC 设备驱动程序的设计方法 。2嵌入式系统 IIC 总线的工作时序在 S3C2410嵌入式系统 IIC 总线中 , 一般微处理器是总线上的主机 , 其它是从机 。 IIC 总线上可同时接 多个从机 , 每个从机都有一个唯一的地址 。图 1IIC 总线数据传输时序图主机负责 IIC 总

5、线的初始化 、 数据传输 、 产生时钟 信号等工作 。 IIC 总线传输的时序是 :从 START (开始 位 开始传输 , STOP (结束位 结束传输 。 传送到 SDA 上的每 一个字节必 须是 8位 , 每次 传送的字节 数不 限 , 每一个字节后面必须跟一个应答位 。 如果在传输 过程中 , 从设备不能 一次接受完 一个字节 , 此 时它就 会使时钟置为低电平 , 迫使主 设备等待 ; 当 从设备能 接收下一个数据字节后 , 将释放 SCL 线 , 继续 后面的数据传输 。 数据传输的时序如图 1所示 。2.1IIC 总线写操作时序IIC 总线写操作有二种方式 :字节写和页面写 。

6、字 节写是指 :每次 在指定位置 写入一个字 节数据 , 时序 如图 2(a 所示 。 首先主机向从机发送启动信号和 “ 从 机地址 +写 ” , 然后等待应答信号 ; 当应答信号 来到之 后再发一个器件内部地址 , 然后再次等待应答信号 ; 当应答信号来到之后立即发送数据 , 当下一个应答信 号来到之后发送停止信号 。 页面写和字节写操作很类 似 , 只是主机在完成第一轮资料传送之后不发送停止 信号 , 而继续发送数据 , 时序如图 2(b 所示 。图 2IIC 总线写数据时序图2.2IIC 总线读操作时序IIC 总线读操作主要有二种方式 :指定位置读和 连续读 。 指定位置读时序如图 3(

7、a 所示 , 首先主机向 从机发送启动信号和 “ 从 机地址 +写 ” , 在 接收到应答 信号之后马上发送一个器件内部地址 , 然后再次等待 应答信号 ; 当应答信号来到之后发送一个启动信号和 “ 从机地址 +读 ” , 然后再次等待应答信号 ; 当应答信号 来的时候就可以接受读取位址的字节数据 , 接受完成 后发送一个停止信号 。 连续读时序如图 3(b 所示 , 当朱华生 :副教授基金项目 :江西省自然科学基金资助 (编号 :0511062- :360元 /年技 术 创 新嵌 入 式 系 统 应 用PLC 技术应用 200例 您 的 论 文 得 到 两 院 院 士 关 注接收到一个字节数

8、据后 , 不 发停止信号 , 而发一个应 答信号 ; 当从机收到应答信号后其自动将地址加 1, 然后 继续发送该地址对应的数据 , 直到收到一个停止信号 。图 3IIC 总线读数据时序图3嵌入式 Linux 驱动程序的框架在嵌入式 Linux 系统中设备驱动程序是内核的一 部分 , 完成对设备初始化 、 读写操作和控制等功能 。 驱 动程序隐藏了硬件设备的具体细节 , 对不同的设备提 供一致的接口 , 这些接口通过 file_operations 结构来定 义 , 设计驱动程序的大部分工作就是根据硬件结构来 “填写 ” 结构体中定义的函数 。 主要的函数包括 open( 、 read( 、 w

9、rite( 、 ioctl( 和 release( 等等 。Open( 函数的主要功能是提供给驱动程序初始化 能力 , 为以后的设备操作做好准备 。 read( 函数的主要 功能是读设备数据 。 write( 函数的主要功能是写设备 数据 。 ioctl( 函数的主要功能是执行读 、写之外的操作 , 如 :配置设备 。 release( 函数功能与 open( 函数相反 。除以上几个函数以外 , 还有 2个非常重要的函数 module_init ( 和 module_exit ( , 驱动程序是从 mod-ule_init( 函数开始执行 , 它是在加载模块时执行的 。 它 的功能是 :将初始

10、化函数加入内核全局初始化函数列 表中 , 在内核初始化时 执行驱动的 初始化函数 , 从而 完成驱动的初始化和注册 , 之后驱动便停止等待被应 用软件调用 。 module_exit( 函数的功能和 module_init( 相反 。4嵌 入 式 Linux 系 统 IIC 设 备 驱 动程序的设计IIC 设备 (属于字符设备 驱动程序按功能可分为 6个主要模块 :初始化 、退出处理 、 打开 、 释放 、 读和写 模块 。 在 ARM9嵌入式系统中 , 连接在 IIC 总线上的设 备 , 必须按照 IIC 总线时序传输 。 由于 IIC 总线有多种 时序 , 这就为驱动程序设计带来一定的难度

11、 。 在各种 时序中 , 数据传输的开始和结束操作都是相同的 , 所 以驱动程序的初始化 、 退 出处理 、 打开 和释放模块 都 相同 。 不同的时序只是读和写方式有所区别 , 因此要 设计不同的读和写模块 。为了方便驱动程序的设计 , 可以将 IIC 总线的 4种时序写成相应的函数 。 如 :将图 2(a 所示的 “ 字节写 ” 时序设计成 WrBy_Iic( 函数 , 具体实现函数如下 :WrBy_Iic(U8slvAddr, U8addr, U8wdataIICDS=slvAddr&0xfe;/从地址 +“写 ” 标记 IICSTAT=0xf0; /开始传输 Run_IicPo

12、ll(; /等待应答信号 IICDS=addr; /设备内部地址 IICCON=0xaf; /继续传输 Run_IicPoll(; IICDS=wdata; /待写数据 IICCON=0xaf; Run_IicPoll(; IICSTAT=0xd0;/停止传输 和以上设计类似将 “ 页面写 ” 设计成 WrPa_Iic( 函 数 、 “ 指定位置读 ” 设计成 RdBy_Iic( 函数 、 “连续读 ” 设 计成 RdCo_Iic( 函数 。 当设计具体读写模块时 , 可以从 这些函数中选择不同的函数来构成 。5X1227驱动程序的设计和实现X1227是一个 RTC 芯片 , 除基本的时钟功能

13、外 ,还有 4K 位 EEPROM 等 。 它支持 IIC 总线 , 与 s3c2410连接电路如图 4所示 。 当使用 Linux 操作系统时 , 可以 为 X1227芯片中的时钟和 EEPROM 设计 2个不同的 驱动程序 。 时钟设备地址是 (1101111X 2、 , EEPROM 设备地址是 (1010111X 2, 其中最低位是读写标志 。 下 面介绍 EEPROM 驱动程序的实现方法 。EEPROM 驱动程序主要由 6个模块组成 , 其中打 开和释放模块只是建立和释放连接 , 所以可以将它们 写成 2个空的函数 , 驱动程序的关键是设计初始化 、 退出处理 、 读和写模块 。 另

14、外 , 设计驱动程序时 , 还必 须给结构 file_operations 结构赋初值 , 赋值语句如下 :static struct file_operations eeprom_fops =open:eeprom _open, read:eeprom _read, write:eeprom _write, release:eeprom _release,;本结构的主要作用是 :将不同的设备提供一致的 接口 。 如在应用程序中 , 对不同设备进行读操作时 , 都 使用 read 函数 , 写操作时 , 都使用 write 函数 。图 4X1227电路图5.1设备初始化模块设备初始化模块的主要

15、功能是 :初始化设备 、 向 内核注册设备等 。 具体实现函数如下 :module_init(171-技 术 创 新中 文 核 心 期 刊 微 计 算 机 信 息 (嵌 入 式 与 SOC 2006年 第 22卷 第 10-2期元 /:现场总线技术应用 200例 嵌 入 式 系 统 应 用address_map(;/地址映射eepromMajor =register_chrdev (0,DEVICE_NAME, &eeprom_fops;/申请主设备号devfs_eeprom_dir =devfs_mk_dir (NULL,"eeprom", NULL; /创建设备

16、文件目录devfs_eeprom_raw =devfs_register (NULL,"eeprom", /注册设备文件 5.2设备退出处理模块 设备初始化模块的主要功能是 :释放设备所占用 的资源 。 具体实现函数如下 :module_exit( devfs_unregister(devfs_eeprom_raw ; /删除设备文件 devfs_unregister(devfs_eeprom_dir; /删 除 设 备 文 件目录unregister_chrdev(eepromMajor,DEVICE_NAME; /释放主设备号 5.3读数据模块EEPROM 读数据模块采

17、用连续读时序 。 具体实现 函数如下 :eeprom_read (struct file *filep,char *buffer,size_t length,loff_t *offInit_Iic(;/初始化 IIC 总线RdCo_Iic(0xaf,0,dbuf,length;/连续读数据copy_to_user(buffer,dbuf,length;/内核态到用户态 5.4写数据模块EEPROM 写数据模块采用页面写时序 。 具体实现 函数如下 :eeprom_write (struct file *filep,char *buffer,size_tlength,loff_t *offcop

18、y_from_user (dbuf,buffer,length;/用 户 态 到 内 核态Init_Iic(;WrBy_Iic(0xde,0x3f,0x02; /写状态寄存器 WrPa_Iic(0xae,0,dbuf,length;/写一批数据 5.5打开和释放模块在 EEPROM 驱动程序中 , 打开和释放模块没有具 体的任务 。 具体实现函数如下 :int eeprom_open(struct inode *inode,struct file *filp MOD_INC_USE_COUNT;/使用计数加 1return 0;int eeprom_release (struct inode

19、*inode, struct file*filpMOD_DEC_USE_COUNT;/使用计数减 1return 0;驱动程序设计完成后 , 再编写 Makefile 文件 , 通过 make 命令生成目标文件 , 最后利用 insmod 命令向内 核加载驱动程序 , 这时在 /dev 就会新增一个设备文件 。6结束语以上程序在嵌入式实验箱上进行测试 , 性能稳定 可靠 。 本文的创新点是 :如何根据时序快速设计出 IIC 总线设备的驱 动程序 。 只要 仔细分析硬 件的工作时 序 , 并结合驱 动程序框架 , 就可以设计 出性能稳定 可 靠的驱动程序 。参考文献 :1ALESSANDRO R

20、UBINI 著 ,LISOLEG 译 .LINUX 设备驱动程序 (第二版 M. 北京 :中国电力出版社 .2002.2朱华生 , 胡凯利 . 基地 Linux 系统的 HHARM9电机驱动程序设 计 J. 南昌工程学院学报 .2005,4:51-53.3陈志辉 .I2C 总线在 MCS51系列单片机数据采集中的实现 J. 微计算机信息 ,2005,1:67-68.Biography:Zhu huasheng, male, 1965-,associate professor,re-search direction :development and application of embedded system.(330099南昌 南昌工程学院计算机系 朱华生 叶军(Computer Science and technology department of NIT,Nan-chang,330099Zhu,Huasheng Ye,Jun通 讯 地 址 :(330099南 昌 市 高 新 技 术 开 发 区 天 祥 大 道 289号南昌工程学院计算机系 朱华生(上接第 71页 1王小明 ,