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嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)中SPI接口的軟件模擬

作者: 時間:2004-12-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
摘要:介紹的基本框架和信息流程,及其CPU S3C4510B的體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)部資源;說明在所選用uClinux操作系統(tǒng)下,添加驅(qū)動程序的詳細過程。

關(guān)鍵詞: S3C4510B uClinux

引言

隨著信息社會的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)和信息家電越來越地出現(xiàn)在人們的生活中。人們普通要求將內(nèi)的所有家用電器與Internet連接起來,實現(xiàn)主人在遠方用計算機或電話通過Internet對象家庭電設(shè)施進行監(jiān)控。家用電器制造商可以通過網(wǎng)絡(luò)對其生產(chǎn)的設(shè)備進行售后跟蹤服務(wù);家用電器是故障時能自動按預(yù)設(shè)的郵件地址來發(fā)送電子郵件進行報警。這就需要有一個“家庭網(wǎng)絡(luò)中央控制器”。它對外與Internet連接,對內(nèi)通過家庭內(nèi)部無線局域網(wǎng)將所有家用電器連接成一體,從而確保信息家電安全地接入Internet。當前,多數(shù)研究單位推出的家庭網(wǎng)絡(luò)智能控制器,均以PC或準PC機作為硬件平臺,由于價位高而均未被市場容納。

Internet是近幾年發(fā)展起來的一項新興技術(shù)。以32位ARM微處理器為硬件平臺,通過移植嵌入式操作系統(tǒng)uClinux內(nèi)核,開發(fā)相應(yīng)的硬件驅(qū)動、微型GUI和上層應(yīng)用,最終實現(xiàn)產(chǎn)品化的嵌入式家庭網(wǎng)絡(luò)中央控制器。該系統(tǒng)具有體積小、功耗低、價格便宜的特點。

1 系統(tǒng)的硬件組成

本系統(tǒng)以高性能、低價格的S3C4510B為主CPU。它是Samsung公司推出的基于ARM7TDMI核,精簡指令系統(tǒng)的32位高速微處理器。工作電壓為3.3V,內(nèi)核ARM7TDMI的工作電壓為2.5V,大大降低了芯片的功耗。S3C4510B片上資源:一個總線仲裁器可以根據(jù)總線仲裁優(yōu)先級在片上功能模塊和外圍設(shè)備之間進行系統(tǒng)總線控制權(quán)分配;8KB指令、數(shù)據(jù)復(fù)用Cache,每128bit為1頁,并可全部或部分設(shè)置為SRAM;1個主I2C總線控制器,可作為主發(fā)送器或主接收器,能連接多個從設(shè)備;2個通用DMA;18個通用I/O口; 2路4線UART口,其中一個支持IrDA 1.0,可用于紅外通信;6組ROM/SRAM/Flash用于管理外部存儲器。另外,可擴展4組動態(tài)存儲器和4 BANK擴展I/O設(shè)備;2通道帶有DMA傳送方式的HDLC口;1個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)控制器。

圖1為家庭的硬件框圖,以S3C4510B為基本核心系統(tǒng),外圍擴展一系列功能模塊。有44鍵盤及以屏幕LCD顯示構(gòu)成良好的人機界面,用于手動本地參數(shù)查詢和設(shè)定。家庭網(wǎng)關(guān)基本系統(tǒng)以與PTR3000無線收發(fā)模塊相連,同時家庭內(nèi)部家電控制器也通過SPI擴展PTR3000無線模塊。這樣,家庭網(wǎng)關(guān)的無線模塊以輪詢的方式與家庭內(nèi)各家電控制器上無線模塊進行通信,從而組成家庭內(nèi)部無線子網(wǎng)。家庭網(wǎng)關(guān)基本系統(tǒng)只需對SPI口進行操作即可實現(xiàn)與家電通信。實現(xiàn)了家電以家庭網(wǎng)關(guān)為中介與Internet在物理層互聯(lián)的三個通路:PC通過LAN經(jīng)由Internet連接到基本系統(tǒng)的以太網(wǎng)口、PC通過Modem經(jīng)由公司電話網(wǎng)與嵌入式Modem相連再到UART1、電話機經(jīng)過公用電話網(wǎng)經(jīng)語音卡連到UART1。

2 uClinux嵌入式操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)選用uClinux。它是一個完全符合GNU(GNU’s Not Unix,自由基金會)/GPL(General Pulic License,通用公共許可證)公約的完全開放代碼項目,是標準Linux的一個分支,現(xiàn)在由Lineo公司支持維護。它專門針對沒有MMU的CPU,并且專為嵌入式系統(tǒng)做了許多小型化的工作。

UClinux經(jīng)過對標準Linux內(nèi)核的改動,形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux。雖然它的體積很小,但uClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點,穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的對各種文件系統(tǒng)的支持以及標準豐富的API。它的主要特片如下:

①在linux-2.4.x/driver/char/Makefile添加1行:obj_$(CONFIG_SPI)+=SPI.0。在24行obj-y+=mem.o tty_io.o后加PI.o。

②在linux-2.4.x/driver/char/Config.in,添加1行:bool'SPI'CONFIG_SPI便于在make me nuconfig時選擇。

③在linux-2.4.x/driver/char/mem.c在文件頭部添加:#ifdef CONFIG_SPI /*編譯時選擇該項就執(zhí)行SPI的初始化函數(shù)*/

extern void SPI_init(void);

#endif

在chr_dev_init()函數(shù)添加:#ifdef CONFIT_SPI

SPI_init();

#endif

④修改vendor/Samsung/4510b/Makefile,建立起設(shè)備節(jié)點。

在12~35行間,DEVICE部分添加內(nèi)容SPI,c,29,0。SPI是設(shè)備名,c代表字符設(shè)備,29是SPI的主設(shè)備號,0是SPI的次設(shè)備號。⑤make menuconfig時選中SPI編譯,然后直載。

啟動后,會看到/proc/devinces中字符設(shè)備多了一項SPI 29。

S3C4510B有18個通用I/O口,其中高10位可設(shè)置為其它功能口。在該系統(tǒng)中,設(shè)置P8為中斷接收線,P11主機輸出線MOSI,P12主機時鐘SCK,P13模擬主機輸入線MISO。P8口用于接收PTR3000的發(fā)送請求信號。當P8口接收到請求信號時,系統(tǒng)進入中斷處理。中斷處理進程喚醒睡在睡眠隊列SPI_WAIT上的讀進程,讀進程由P12口輸出SCK信號并由P13口讀入數(shù)據(jù)。值得說明的是,SPI不帶中斷線,在此用P8口做中斷接收線是為了避免操作系統(tǒng)在沒有進行SPI操作時不斷向SCK線發(fā)時鐘信號。因此,MSP430F147IPM必須另外與S3C4510B連一個引腳在請求發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)出中斷接收線是為了避免操作系統(tǒng)在沒有進行SPI操作時不斷向SCK線發(fā)時鐘信號。因此,MSP430F147IPM必須另外與S3C4510B連一個引腳在請求發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)出中斷請求信號。實現(xiàn)過程如下:

Static wait_queue_head_wait; //休眠隊列

//讀函數(shù)

static ssize_t SPI_onlyread(struct file*file,char *buf,size_t count,loff_t *ppos)

{

interruptible_sleep_on(SPI_wait); //讀進程睡眠等待讀中斷信號

if(count>BUFNUM)count=BUFNUM;

for(num=0;numcount;num++){

for(i=0;i8;i++){

iopdata=iopdata^0x1000; //時鐘輸出

SPI_read[num]=SPI_read[num]+((iopdata0x2000)>>(12-i)); //數(shù)據(jù)輸入

}

}

if(copy_to_user(buf,SPI_read,count)) //數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到用戶這間

return-EFAULT;

return count;

}

//寫函數(shù)

static ssize_t SPI_onlywrite(struct file *file,const char *buf,size_t count,loff_t *ppos)

{

if(count>BUFNUM)count=BUFNUM;

if(copy_from_user(SPI_write,buf,count)) //數(shù)據(jù)從用戶空間拷貝到內(nèi)核空間

return-EFAULT;

for(num=0;numcount;num++){

for(i=0;i8;i++){

iopdata=((SPI_write[num]0x1)11)+(iopdata0xfffff7ff);

SPI_write[num]=SPI_write[num]>>1;

iopdata=iopdata^0x1000; //時鐘輸出

}

}

return count;

}

//中斷響應(yīng)函數(shù)

static int SPI_irq(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs)

{

intpnd=intpnd|0X1; //清中斷位

wake_up_interruptible(SPI_wait); //喚醒睡眠隊列

return 1;

}

//字符設(shè)備驅(qū)動接口

static struct file_operations SPI_fops={

owner; THIS_MODULE,

read: SPI_onlyread,

write: SPI_onlywrite,

};

//初始化函數(shù)

int_init SPI_init(void)

register_chrdev(29,"SPI"SPI_fops);//設(shè)備注冊函數(shù)

init_waitqueue_head(SPI_wait);

if(!request_irq(0,SPI_irq,SA_SAMPLE_RANDOM,"SPI"NULL)){ //中斷申請

return-EFAULT;

}

iopmod=(iopmod0xffffe7ff)=0x1800+iopmod; //設(shè)置通用I/O口模式

iopcon=(iopcon0xffffffe0)+0xle+iopcon;//設(shè)置通用I/O模式

enable_irq(0); //開中斷

return 0;

}

module_init(SPI_init);

MODULE_LICENSE("GPL);

EXPORT_NO_SYMBOLS;

結(jié)語

實驗證明,模擬的SPI口接收發(fā)送數(shù)據(jù)準確可靠。用戶程序可以以設(shè)備文件的形式進行訪問,與標準的SPI接口無異。該方案對于嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)的研究,以及運用uClinux作為操作系統(tǒng)的嵌入式模擬通信接口,有一定的參考價值。

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)


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