蜂鸣器驱动程序设计.docx
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蜂鸣器驱动程序设计
蚌埠学院
嵌入式系统开发技术
课程设计
专业：
电子信息科学与技术（嵌入式）
班级：
电子信息2班
学号：
00000000000
姓名：
设计题目：
蜂鸣器驱动程序设计
2014年9月
1.绪论
1.1概要
linux驱动在本质上就是一种软件程序，上层软件可以在不用了解硬件特性的情况下，通过驱动提供的接口，和计算机硬件进行通信。
系统调用是内核和应用程序之间的接口，而驱动程序是内核和硬件之间的接口，也就是内核和硬件之间的桥梁。
它为应用程序屏蔽了硬件的细节，这样在应用程序看来，硬件设备只是一个设备文件，应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行操作。
linux驱动程序是内核的一部分，管理着系统中的设备控制器和相应的设备。
它主要完成这么几个功能：
对设备初始化和释放；传送数据到硬件和从硬件读取数据；检测和处理设备出现的错误。
一般来说，一个驱动可以管理一种类型的设备。
例如不同的U盘都属于massstorage设备，我们不需要为每一个U盘编写驱动，而只需要一个驱动就可以管理所有这些massstorage设备。
为方便我们加入各种驱动来支持不同的硬件，内核抽象出了很多层次结构，这些层次结构是linux设备驱动的上层。
它们抽象出各种的驱动接口，驱动只需要填写相应的回调函数，就能很容易把新的驱动添加到内核。
一般来说，linux驱动可以分为三类，就是块设备驱动，字符设备驱动和网络设备驱动。
块设备的读写都有缓存来支持，并且块设备必须能够随机存取。
块设备驱动主要用于磁盘驱动器。
而字符设备的I/O操作没有通过缓存。
字符设备操作以字节为基础，但不是说一次只能执行一个字节操作。
例如对于字符设备我们可以通过mmap一次进行大量数据交换。
字符设备实现比较简单和灵活。
1.2设计内容
本次设计是简单的字符设备驱动设计，基于mini2440的蜂鸣器的驱动设计。
2.开发环境的搭建
2.1Redhat的安装
创建一个虚拟机：
点击菜单栏File->New->Virtualmachine。
点击下一步。
选择Typical选项。
选择Linux下的RedHatLinux
填写虚拟机的命名和存储地址。
选择磁盘大小
2.2安装arm-linux-gcc交叉编译器
将arm-linux-gcc-4.5.1.tgz复制到虚拟机的root目录下
解压文件：
tarzxvfarm-linux-gcc-4.5.1.tgz
在bash_profile里添加路径：
gedit~/.bash_profiel
路径/root/usr/local/arm/4.5.1/bin
source~/.bash_profile使更改生效
2.3安装及编译linux-2.6.29-mini2440-20090708内核
复制内核到root目录下
解压内核文件tarzxvflinux-2.6.29-mini2440-20090708.tgz
使内核文件生效：
cpconfig_mini2440_n35.config
使用make命令完成编译
3.字符设备驱动相关知识
3.1模块机制
Linux提供了机制被称为模块（Module）的机制
提供了对许多模块支持,包括但不限于,设备驱动
每个模块由目标代码组成（没有连接成一个完整可执行程序）
insmod将模块动态加载到正在运行内核
rmmod程序移除模块
Linux内核模块的程序结构
●module_init（）---模块加载函数（必须）
通过insmod或modprobe命令加载内核模块时，模块的加载函数会自动被内核执行，完成模块的相关初始化工作
●module_exit（）---模块卸载函数（必须）
当通过rmmod命令卸载某模块时，模块的卸载函数会自动被内核执行，完成与模块装载函数相反的功能
●MODULE_LICENSE（）---模块许可证声明（必须）
模块许可证（LICENSE）声明描述内核模块的许可权限
如果不声明LICENSE,模块被加载时，将收到内核被污染（kerneltainted）的警告
●module_param（）---模块参数（可选）
模块参数是模块被加载的时候可以被传递给它的值，它本身对应模块内部的全局变量。
●EXPORT_SYMBOL（）---模块导出符号（可选）
内核模块可以导出符号（symbol，对应于函数或变量）到内核
其他模块可以使用本模块中的变量或函数
●其他一些声明MODULE_XXXXX（）---模块声明（可选）
模块加载函数
staticint__initinitialization_function（void）
{
/*初始化代码*/
}
module_init（initialization_function）;
模块卸载函数
staticvoid__exitcleanup_function（void）
{
/*释放资源*/
}
module_exit（cleanup_function）;
3.2字符设备开发基本步骤
●确定主设备号和次设备号
●实现字符驱动程序
实现file_operations结构体
实现初始化函数，注册字符设备
实现销毁函数，释放字符设备
●创建设备文件节点
3.3主设备号和次设备号
●主设备号是内核识别一个设备的标识。
整数（占12bits），范围从0到4095，通常使用1到255
●次设备号由内核使用，用于正确确定设备文件所指的设备。
整数（占20bits），范围从0到1048575，一般使用0到255
●设备编号的内部表达
dev_t类型（32位）：
用来保存设备编号（包括主设备号（12位）和次设备号（20位））
从dev_t获得主设备号和次设备号：
MAJOR（dev_t）;
MINOR（dev_t）;
将主设备号和次设备号转换成dev_t类型：
MKDEV（intmajor，intminor）；
●分配主设备号
手工分配主设备号：
找一个内核没有使用的主设备号来使用。
#include
intregister_chrdev_region（dev_tfirst,unsignedintcount,char*name）；
●动态分配主设备号：
#include
intalloc_chrdev_resion（dev_t*dev，unsignedintfirstminor，unsignedintcount，char*name）；
●释放设备号
voidunregister_chrdev_region（dev_tfirst,unsignedintcount）;
3.4实现字符驱动程序
●cdev结构体
structcdev
{
structkobjectkobj;/*内嵌的kobject对象*/
structmodule*owner;/*所属模块*/
structfile_operations*ops;/*文件操作结构体*/
structlist_headlist;
dev_tdev;/*设备号*/
unsignedintcount;
};
●file_operations结构体
字符驱动和内核的接口：
在include/linux/fs.h定义
字符驱动只要实现一个file_operations结构体
并注册到内核中，内核就有了操作此设备的能力。
●file_operations的主要成员：
structmodule*owner:
指向模块自身
open：
打开设备
release：
关闭设备
read：
从设备上读数据
write：
向设备上写数据
ioctl：
I/O控制函数
llseek：
定位读写指针
mmap：
映射设备空间到进程的地址空间
●ioctl函数
为设备驱动程序执行“命令”提供了一个特有的入口点
用来设置或者读取设备的属性信息。
intioctl（structinode*inode,structfile*filp,
unsignedintcmd,unsignedlongarg）;
●cmd参数的定义
不推荐用0x1，0x2，0x3之类的值
Linux对ioctl（）的cmd参数有特殊的定义
构造命令编号的宏：
_IO（type，nr）用于构造无参数的命令编号；
_IOR（type，nr，datatype）用于构造从驱动程序中读取数据的命令编号；
_IOW（type，nr，datatype）用于写入数据的命令；
_IOWR（type，nr，datatype）用于双向传输。
type和number位字段通过参数传入，而size位字段通过对datatype参数取sizeof获得。
●Ioctl函数模板
intxxx_ioctl（structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,
unsignedlongarg）
{
...
switch（cmd）
{
caseXXX_CMD1:
...
break;
caseXXX_CMD2:
...
break;
default:
///*不能支持的命令*/
return-ENOTTY;
}
return0;
}
3.5字符设备驱动结构
4.蜂鸣器原理
4.1蜂鸣器的种类和工作原理
蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压），多谐振荡器起振，输出1.5~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器的区别：
这个“源”字是不是指电源，而是指震荡源，即有源蜂鸣器内有振荡源而无源蜂鸣器内部没有振荡源。
有振荡源的通电就可以发声，没有振荡源的需要脉冲信号驱动才能发声。
4.2开发板上蜂鸣器原理图分析
由原理图可以得知，蜂鸣器是通过GPB0IO口使用PWM信号驱动工作的，而GPB0口是一个复用的IO口，要使用它得先把他设置成TOUT0PWM输出模式。
4.3GPB0参数
5.总体设计
5.1设计思路
Linux设备驱动属于内核的一部分，Linux内核的一个模块可以以两种方式被编译和加载：
（1）直接编译进Linux内核，随同Linux启动时加载；
（2）编译成一个可加载和删除的模块，使用insmod加载（modprobe和insmod命令类似，但依赖于相关的配置文件），rmmod删除。
这种方式控制了内核的大小，而模块一旦被插入内核，它就和内核其他部分一样。
这次的蜂鸣器驱动就采用动态模块加载的方式
5.2设计步骤
Ø编写简单的字符设别驱动程序框架
Ø编写控制蜂鸣器控制开关函数
Ø编译模块，生成.ko
Ø编写用户层测试程序
Ø编译用户层测试程序，生成可执行程序beep_test
Ø将生成的.ko模块和应用层测试程序beep_test下载到目标板
Ø用insmod装载模块
Ø创建设备节点
mknod/dev/beepc2530
Ø运行用户层测试程序beep_test
#./beep_test
如果你的beep_test的属性不是可执行的，可以用chmod777beep_test将其设置成可执行
程序。
6.驱动及测试程序
6.1beep.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineBEEP_MAJOR201
#defineBEEP_START_CMD0x0
#defineBEEP_STOP_CMD0x1
staticintbeep_major=BEEP_MAJOR;
staticstructcdevBeepDevs;
staticintbeep_open（structinode*inode,structfile*filp）
{
return0;
}
staticintbeep_relesae（structinode*inode,structfile*filp）
{
return0;
}
staticvoidbeep_stop（void）
{
s3c2410_gpio_cfgpin（S3C2410_GPB（0）,S3C2410_GPIO_OUTPUT）;
s3c2410_gpio_setpin（S3C2410_GPB（0）,0）;
printk（"stop\n"）;
}
staticvoidbeep_start（void）
{
s3c2410_gpio_cfgpin（S3C2410_GPB（0）,S3C2410_GPIO_OUTPUT）;
s3c2410_gpio_setpin（S3C2410_GPB（0）,1）;
printk（"start\n"）;
}
staticintbeep_ioctl（structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg）
{
switch（cmd）
{
caseBEEP_START_CMD:
printk（"beep_strat\n"）;
beep_start（）;
break;
caseBEEP_STOP_CMD:
printk（"beep_stop\n"）;
beep_stop（）;
break;
default:
printk（"default\n"）;
break;
}
return0;
}
staticstructfile_operationsbeep_remap_ops={
.owner=THIS_MODULE,
.open=beep_open,
.release=beep_relesae,
.ioctl=beep_ioctl,
};
staticvoidbeep_setup_cdev（structcdev*dev,intminor,structfile_operations*fops）
{
interr,devno=MKDEV（beep_major,minor）;
cdev_init（dev,fops）;
dev->owner=THIS_MODULE;
dev->ops=fops;
err=cdev_add（dev,devno,1）;
if（err）
{
printk（"error%daddingbeep%d\n",err,minor）;
}
}
staticint__initbeep_init（void）
{
intresult;
dev_tdev=MKDEV（beep_major,0）;
if（beep_major）
{
result=register_chrdev_region（dev,1,"beep"）;
}
else
{
result=alloc_chrdev_region（&dev,0,1,"beep"）;
beep_major=MAJOR（dev）;
}
if（result<0）
{
printk（"beep:
unabletogetmajor%d\n",beep_major）;
returnresult;
}
if（beep_major==0）
{
beep_major=result;
}
beep_setup_cdev（&BeepDevs,0,&beep_remap_ops）;
printk（"beepdevicesinstalled,withmajor%d",beep_major）;
return0;
}
staticvoid__exitbeep_exit（）
{
cdev_del（&BeepDevs）;
unregister_chrdev_region（MKDEV（beep_major,0）,1）;
printk（"beepdeviceuninstalled\n"）;
}
MODULE_AUTHOR（"xdq"）;
MODULE_LICENSE（"GPL"）;
module_init（beep_init）;
module_exit（beep_exit）;
6.2beep_tset.c
#include
#include
#include
#include
#include
intmain（）
{
intdev_fd;
charc;
dev_fd=open（"/dev/beep",O_WRONLY|O_NONBLOCK）;
if（dev_fd==-1）
{
printf（"connotflie\n"）;
exit（0）;
}
ioctl（dev_fd,0x0,0）;
getchar（）;
getchar（）;
ioctl（dev_fd,0x1,0）;
getchar（）;
getchar（）;
close（dev_fd）;
return0;
}
7.运行结果及截图
传输beep.ko，ls命令查看文件。
传输beep_test可执行文件。
使用./beep_test命令运行测试程序
beep_stat，蜂鸣器响了，按下键盘一键，beep_stop，蜂鸣器停止
综合设计总结与思考
这是一次在易嵌的培训实习，我选择了做嵌入式驱动设计。
虽然自己的基础有点薄弱，但我相信努力认真就会有成功。
做嵌入式驱动设计需要学习的知识比较的多。
首先需要安装一个编译环境，我在电脑上安装了linux系统，进行之后的代码编译。
起初，经过老师的一些讲解，首先熟悉做该项目需要知道和掌握的知识，深入起来觉得还是蛮难的。
因为自己的编程有点薄弱，所以在一开始的操作中，会有一点费时间，经过老师和同学们的帮助下，我也逐渐熟练起来了。
做驱动需要掌握几个内核函数和几个模块函数，把这几个联系起来一起运用到所编的代码中，就实现了。
在这次实习中，发现学校里学习的书面知识是很重要的基础知识，需要掌握、巩固、强化，将所学知识融汇到实践操作中，才是自己真正的突破。
实习中，学到了很多，提高了自己只是掌握，技能运用，实践操作，各方各面都获益不浅。
教师评阅
考勤情况
设计态度
设计完成情况
实验报告
优
良
中
差
优
良
中
差
优
良
中
差
优
良
中
差
成绩：
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