摘要：為了實現(xiàn)嵌入式linux的移植和開發(fā)，本文采用了ARM9完成了的嵌入式Linux字符驅(qū)動開發(fā)，為后續(xù)更復雜的開發(fā)奠定了基礎。本文介紹了設計字符驅(qū)動開發(fā)的基本流程，完成了linux的移植以及驅(qū)動程序的開發(fā)，并且利用LED和蜂鳴器的開斷來驗證字符驅(qū)動開發(fā)的效果。同時，為了使驗證更加直觀和便捷，引入了圖形化界面Q4的應用程序開發(fā)了友好的測試界面。實驗測試通過對觸摸屏的操作，順利的點滅LED以及開斷蜂鳴器，從而驗證了字符驅(qū)動開發(fā)在系統(tǒng)中的成功應用。

隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，各種嵌入式平臺紛紛涌現(xiàn)，ARM9作為新一代嵌入式平臺憑借其強大的功能與良好的設備支持受到了普遍的關注。它采用5級流水線，具有指令和數(shù)據(jù)Cache，支持協(xié)處理器和片上調(diào)試。在數(shù)據(jù)通信、多媒體顯示和手持計算等領域得到了廣泛的應用。其最大的優(yōu)勢在于支持Linux操作系統(tǒng)，對Linux源代碼的移植和開發(fā)提供了很好的平臺，所以在ARM基礎之上發(fā)展的嵌入式Linux操作系統(tǒng)層出不窮。本文主要研究和實現(xiàn)基于ARM9的Linux嵌入式字符驅(qū)動的開發(fā)流程，同時利用QT4界面的開發(fā)完成LED燈與蜂鳴器的開關，從而對已開發(fā)的驅(qū)動程序進行測試。

1 嵌入式系統(tǒng)的設備驅(qū)動

設備驅(qū)動是操作系統(tǒng)和輸入輸出設備間的粘合劑，負責將操作系統(tǒng)的請求傳輸，并且轉(zhuǎn)化為物理設備控制器能夠理解的指令。它直接與硬件設備打交道，向上層提供訪問的函數(shù)接口。在linux系統(tǒng)中通常是利用設備文件的概念統(tǒng)一設備的訪問接口，從而使得系統(tǒng)對設備的操作顯得簡捷方便。在整個系統(tǒng)中分為3個部分，應用程序、linux內(nèi)核和硬件設備，結(jié)構(gòu)體系如圖1所示。

在應用程序與內(nèi)核之間通常是通過系統(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)通信，應用程序在發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用的指令后，系統(tǒng)進入內(nèi)核狀態(tài)，內(nèi)核則通過文件的結(jié)構(gòu)識別設備。再利用定義好的file-ope ration的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來建立文件系統(tǒng)與設備驅(qū)動函數(shù)的關聯(lián)，其結(jié)構(gòu)體的每個成員都對應著一個系統(tǒng)調(diào)用。在完成文件與設備驅(qū)動函數(shù)的關聯(lián)獲取了對應數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作函數(shù)指針后，整個控制權(quán)就移交給了該操作函數(shù)，從而實現(xiàn)對硬件設備的操作和相應的功能，這就是設備驅(qū)動的工作原理。

2 字符驅(qū)動程序開發(fā)流程

驅(qū)動程序的開發(fā)任務可以分為幾個部分：設備驅(qū)動的初始化和退出、file-operations的定義以及函數(shù)指針的實體實現(xiàn)和程序編譯下載。

2.1 設備的定義以及初始化

2.1.1 初始化以及退出函數(shù)定義

驅(qū)動程序的init主要完成3件事：調(diào)用register_chrdev_region詢問內(nèi)核該設備號是否有設備占用，如果沒有就繼續(xù)下面操作，初始化設備結(jié)構(gòu)體變量cdev和向內(nèi)核注冊字符IO設備。

這兩個函數(shù)是模塊的框架，定義如下：

2.1.2 模塊函數(shù)的內(nèi)核申請

在Linux系統(tǒng)下，驅(qū)動程序都是以模塊存在的，模塊是向內(nèi)核動態(tài)的增加功能，每個模塊都包括module_init和module_exit兩個函數(shù)，分別在向系統(tǒng)插入模塊和移除模塊時被調(diào)用。所以需要向內(nèi)核申請mydriver_init和mydriver_exit函數(shù)以及LICENSE。

module_init(mydriver_init);

module_exit(mydriver_exit);

MODULE_LICENSE(“GPL”);

從而mydriver_init和mydriver_exit便通過module_init和module_exit兩個宏注冊到內(nèi)核，這樣在通過insmod和rmmod命令往內(nèi)核增加和移除時候就會調(diào)用。

2.2 支件操作file—operation的結(jié)構(gòu)定義以及操作函數(shù)實體

2.2.1 file—operation的結(jié)構(gòu)定義

設備都是有一些操作的，應用程序就通過這些接口操作函數(shù)來使用驅(qū)動程序?qū)υO備的控制。如下：

static struet file_operations mydrv_ops={

.owner=THIS_MODULE，

.read= mydriver_read，

.write = mydriver_write，

.release=mydrive_close，

};

2.2.2 設備操作函數(shù)

本文主要實現(xiàn)對GPIO口的驅(qū)動從而實現(xiàn)對LED以及蜂鳴器的控制操作，所以函數(shù)主要為GPIO的寫操作。

∥配置GPFO.1.2.3為輸出引腳

static int mydriver_open(struet inode*inode，struct file*file)

在應用程序執(zhí)行open()系統(tǒng)調(diào)用時，mydriver_open函數(shù)將被調(diào)用。將LED的GPIO引腳設為輸出功能。

//GPIO口實際的寫操作驅(qū)動函數(shù)

static ssize_t mydriveR_write(struet file*file，const char_user*buf，size_t count，loff_t*ppos)

在應用程序執(zhí)行write()系統(tǒng)調(diào)用時，mydriver_write函數(shù)將被調(diào)用。將LED的GPIO引腳設為輸出功能。

2.3 設備驅(qū)動程序的編譯及下載

2.3.1 編譯環(huán)境

內(nèi)核版本：linux-2.6.3 1

交叉編譯器：arm—linux—gcc 4.1.2

操作系統(tǒng)：linux—redhad 9.0

鏈接的QT庫：qt-embedded-linux-opensouree-src-4.5.3

2.3.2 編譯過程

1)將驅(qū)動程序mydriver.c和beep.c放到虛擬機的linux內(nèi)核的/driver/char目錄下，修改該目錄下的Kconfig文件，在第14行加入：

config mydriver

tristate“mydriver Driver”

depend on ARCH_S3C2440

help

this is LED Driver for S3C2440A

2)修改該目錄下Makefile文件，在13行加入：

Obj-$(CONFIG_MYDRIVER)+=mydriver.o

3)配置內(nèi)核，支持驅(qū)動模塊：

Device Driver----->

Character device----->

[M]mydriver Drive

其中“M”表示將驅(qū)動編譯成模塊

回到linux一級目錄，執(zhí)行：make M=driver/char/modules編譯完成后，會在dfiver/char/目錄下生成mydriver.ko，的文件，將這個文件復制到開發(fā)板的根文件系統(tǒng)下lib/modules/2.6.31/下。而QT應用程序則在mydriver文件(內(nèi)有mydriver_test.c)里面先后執(zhí)行：

#qmake proiect

#qmake

#make

完成后，就會在mydriver文件夾里生成mydriver的可執(zhí)行文件。

4)將mydriver的可執(zhí)行文件下載到ARM9開發(fā)板的usr/bin目錄下，并執(zhí)行：chmod 777 mydiver給予其所有的權(quán)限，同時修改該目錄下的kconfig，在其中加入mydiver|=qws &讓QT程序在后臺運行。

由于驅(qū)動程序加入了自動創(chuàng)建文件節(jié)點，故為了方便，讓驅(qū)動在ARM9上電時自動加載驅(qū)動，可在ete/init.d/rcS中加入。insmod lib/modules/2.6.31/mydriv er.ko即可，于此同時加入kconfig&上電之后自動加載kconfig腳本。

3 測試程序設計流程

Qt是一個多平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它提供給應用程序開發(fā)者建立藝術(shù)級的圖形用戶界面所需的所用功能。Qt是完全面向?qū)ο蟮暮苋菀讛U展，并且允許真正

地組件編程，設計出來的界面很美觀。它是一種高效與跨平臺的應用程序，Qt支持的平臺很多，其中就支持Linux嵌入式操作系統(tǒng)。如下以蜂鳴器功能為例：

以上就是基于QT4的界面設計及實現(xiàn)蜂鳴器相關功能的操作函數(shù)。設置了界面的個性化(用于7寸液晶屏)，以及各種按鈕的添加和設置，再用connect將相關按鈕連接到曹函數(shù)中，以實現(xiàn)相關功能;關于beep操作函數(shù)，首先，執(zhí)行open函數(shù)，即打開設備，調(diào)用驅(qū)動程序下的mydriver_open函數(shù)，對相關管腳進行配置;再執(zhí)行write函數(shù)，即可調(diào)用驅(qū)動程序下的mydriver_write函數(shù)，實現(xiàn)對應功能。測試界面如圖2所示。

4 結(jié)束語

本文很適合linux初學者對于驅(qū)動程序設計，首先，要知道驅(qū)動程序必須要有框架，即初始化和退出。然后，每個設備都有與之對應的結(jié)構(gòu)體，而應用層要使用驅(qū)動程序，其中必須要有接口操作函數(shù)。文中將LED和蜂鳴器對應的寄存器進行配置在mydriver_open實現(xiàn)，而不是在初始化函數(shù)中設置，是因為：雖然加載了模塊，但是這個模塊卻不一定會被用到，所以在使用時才去設置。應用程序在內(nèi)核的字符設備數(shù)組中能夠找到主設備號，根據(jù)設備號找到該設備的結(jié)構(gòu)體cdev，訪問結(jié)構(gòu)體中的變量*ops，而*ops指向file_ operation結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體中有被應用層調(diào)用的函數(shù)。