基于ARM9的Linux嵌入式字符驱动GPIO设计
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基于ARM9的Linux嵌入式字符驱动GPIO设计
摘要：为了实现嵌入式linux的移植和开发，本文采用了ARM9完成了的嵌入式Linux字符驱动开发，为后续更复杂的开发奠定了基础。本文介绍了设计字符驱动开发的基本流程，完成了linux的移植以及驱动程序的开发，并且利用LED和蜂鸣器的开断来验证字符驱动开发的效果。同时，为了使验证更加直观和便捷，引入了图形化界面Q4的应用程序开发了友好的测试界面。实验测试通过对触摸屏的操作，顺利的点灭LED以及开断蜂鸣器，从而验证了字符驱动开发在系统中的成功应用。
随着嵌入式技术的不断发展，各种嵌入式平台纷纷涌现，ARM9作为新一代嵌入式平台凭借其强大的功能与良好的设备支持受到了普遍的关注。它采用5级流水线，具有指令和数据Cache，支持协处理器和片上调试。在数据通信、多媒体显示和手持计算等领域得到了广泛的应用。其最大的优势在于支持Linux操作系统，对Linux源代码的移植和开发提供了很好的平台，所以在ARM基础之上发展的嵌入式Linux操作系统层出不穷。本文主要研究和实现基于ARM9的Linux嵌入式字符驱动的开发流程，同时利用QT4界面的开发完成LED灯与蜂鸣器的开关，从而对已开发的驱动程序进行测试。
1 嵌入式系统的设备驱动
设备驱动是操作系统和输入输出设备间的粘合剂，负责将操作系统的请求传输，并且转化为物理设备控制器能够理解的指令。它直接与硬件设备打交道，向上层提供访问的函数接口。在linux系统中通常是利用设备文件的概念统一设备的访问接口，从而使得系统对设备的操作显得简捷方便。在整个系统中分为3个部分，应用程序、linux内核和硬件设备，结构体系如图1所示。
在应用程序与内核之间通常是通过系统调用实现通信，应用程序在发出系统调用的指令后，系统进入内核状态，内核则通过文件的结构识别设备。再利用定义好的file-ope ration的数据结构来建立文件系统与设备驱动函数的关联，其结构体的每个成员都对应着一个系统调用。在完成文件与设备驱动函数的关联获取了对应数据结构的操作函数指针后，整个控制权就移交给了该操作函数，从而实现对硬件设备的操作和相应的功能，这就是设备驱动的工作原理。
2 字符驱动程序开发流程
驱动程序的开发任务可以分为几个部分：设备驱动的初始化和退出、file-operations的定义以及函数指针的实体实现和程序编译下载。
2.1 设备的定义以及初始化
2.1.1 初始化以及退出函数定义
驱动程序的init主要完成3件事：调用register_chrdev_region询问内核该设备号是否有设备占用，如果没有就继续下面操作，初始化设备结构体变量cdev和向内核注册字符IO设备。
这两个函数是模块的框架，定义如下：
2.1.2 模块函数的内核申请
在Linux系统下，驱动程序都是以模块存在的，模块是向内核动态的增加功能，每个模块都包括module_init和module_exit两个函数，分别在向系统插入模块和移除模块时被调用。所以需要向内核申请mydriver_init和mydriver_exit函数以及LICENSE。
module_init(mydriver_init);
module_exit(mydriver_exit);
MODULE_LICENSE(“GPL”);
从而mydriver_init和mydriver_exit便通过module_init和module_exit两个宏注册到内核，这样在通过insmod和rmmod命令往内核增加和移除时候就会调用。
2.2 支件操作file—operation的结构定义以及操作函数实体
2.2.1 file—operation的结构定义
设备都是有一些操作的，应用程序就通过这些接口操作函数来使用驱动程序对设备的控制。如下：
static struet file_operations mydrv_ops={
.owner=THIS_MODULE，
.read= mydriver_read，
.write = mydriver_write，
.release=mydrive_close，
};
2.2.2 设备操作函数
本文主要实现对GPIO口的驱动从而实现对LED以及蜂鸣器的控制操作，所以函数主要为GPIO的写操作。
∥配置GPFO.1.2.3为输出引脚
static int mydriver_open(struet inode*inode，struct file*file)
在应用程序执行open()系统调用时，mydriver_open函数将被调用。将LED的GPIO引脚设为输出功能。
//GPIO口实际的写操作驱动函数
static ssize_t mydriveR_write(struet file*file，const char_user*buf，size_t count，loff_t*ppos)
在应用程序执行write()系统调用时，mydriver_write函数将被调用。将LED的GPIO引脚设为输出功能。 |
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