1 引言
Linux操作系統(tǒng)因具有源代碼公開、便于裁減、有廣泛的處理器支持等優(yōu)點,成為當前嵌入式系統(tǒng)的熱門選擇。基于I2C總線的鍵盤擴展設備主要用于滿足嵌入式設備中對多按鍵的需求,驅動程序在系統(tǒng)啟動時對硬件進行初始化。在系統(tǒng)啟動后實現(xiàn)硬件和應用程序之間的數(shù)據(jù)交互。針對S3C2410微處理器和鍵盤掃描管理器件,深入討論如何在嵌入式操作系統(tǒng)ARM Linux中實現(xiàn)ZLG7290的驅動。
2 I2C總線
I2C總線是器件間串行傳輸總線,以其規(guī)范和帶I2C接口的外圍器件獲得廣泛應用。S3C2410處理器內置有I2C總線接口。I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構成的串行總線,可發(fā)送和接收數(shù)據(jù),每個器件都有一個唯一的地址識別。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有3種信號:(1)開始信號:SCL為高電平時,SDA由高電平向低電平跳變,開始傳送數(shù)據(jù)。(2)結束信號:SCL為低電平時,SDA由低電平向高電平跳變,結束傳送數(shù)據(jù)。(3)應答信號:接收數(shù)據(jù)的IC接收到8 bit數(shù)據(jù)后,向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖,表示已收到數(shù)據(jù)。CPU向受控單元發(fā)出一個信號后,等待受控單元發(fā)出應答信號,CPU接收到應答信號后,根據(jù)實際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號的判斷。若未收到應答信號,則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。圖1為S3C2410和ZLG7290的連接圖。
3 驅動模塊的結構
S3C2410A內嵌一個I2C總線控制器。在Linux操作系統(tǒng)中,該控制器的字符型驅動包括4個模塊:(1)i2c-dev:源程序為i2c-dev.c,I2C總線字符型驅動,與具體使用的I2C控制器無關。(2)i2c-core:源程序為i2c-core.c,I2C總線操作核心函數(shù),與具體使用的I2C控制器無關。(3)i2c-algo-s3c2410:源程序為i2c-algo-s3c2410.c,I2C總線控制器I2C驅動算法,與具體的控制器相關。(4)i2c-s3c2410:源程序為i2c-s3c2410.c,I2C總線控制器硬件抽象層,與具體的控制器相關。以上4個模塊依次是底層與上層的關系,I2C驅動模塊的層次結構如圖2所示。
4 驅動源文件的編譯
驅動源文件包括i2c-algo-s3c2410.c,i2c-dev.c,i2c-core.c,i2c-s3c2410.c4個源文件。將其編譯為模塊,則產(chǎn)生4個模塊文件,編譯工作由Makefile文件完成,其文件內容如下:
當需要使用I2C總線控制器驅動模塊時,可以使用I2C總線控制器驅動的設備管理文件loadi2c。該管理文件運行后,將自動在Linux的/dev/目錄下創(chuàng)建設備節(jié)點i2c。loadi2c文件內容如下:
由于各模塊間有上下層關系,則加載模塊順序應是從上到下,最先加載i2c-core,最后加載i2c-s3c2410。而卸載則順序相反。加載模塊i2c-algo-s3c2410時,必須延時1 s以等待該模塊初始化完成,否則無法加載下一個模塊i2c-s3c2410。
5 對驅動文件的使用
Linux的/dev/目錄下創(chuàng)建設備節(jié)點i2c成功后,就可使用LINUX提供的一系列函數(shù)實現(xiàn)驅動,這些函數(shù)包括ioctl(),open(),close(),read()與write()等。
5.1 ioctl()函數(shù)的使用
I2C總線控制器驅動(字符型)提供ioctl()函數(shù)用于設定I2C總線控制器的一些參數(shù),該函數(shù)常用命令有:
(1)I2C_SLAVE第2參數(shù)取值為I2C從機地址,用來設定I2C從機地址;I2C_SLAVE_FORCE:第2參數(shù)取值為I2C從機地址,用來修改I2C從機地址;I2C_TENBIT:第2參數(shù)取值為0:從機地址為7 bit;第2參數(shù)取值為1:從機地址為10bit。用來指定I2C從機地址的位數(shù);I2C_S3C2410_SET_SPEED:第2參數(shù)取值為I2C總線控制器分頻值。用來設置I2C總線控制器時鐘頻率;
(2)常用設置設置I2c從機地址為0xA0,由于是7 bit地址,所以要右移1位:ret=ioctl(fd,I2C_SLAVE,0xA0>>1);指定從機地址為7 bit,ret=ioctl(fd,I2C_TENBIT,0)。
5.2 open(),close()的使用
應用程序要使用本驅動來訪問外部I2C器件,首先要通過open()來打開其驅動,使用完畢后使用close()將其關閉。打開與關閉I2C總線控制器驅動:
5.3 read()與write()函數(shù)的使用
用read()與write()函數(shù)讀/寫I2C總線,常用設置如下:
write(fd,&data,1);向I2C總線發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)data;
假設子地址為0,向有子地址的FC器件寫入8個字節(jié):unsigned char sendbuf[9]={0,1,2,3,4,5,6,7,8);/*第1個字節(jié)0為子地址*/write(fd,sendbuf,9);/*寫入8個字節(jié),第1個字節(jié)為子地址*/從有子地址的I2C器件讀取8個字節(jié),假設子地址為0:
unsigned char suba=0;recbuf[8];
write(fd,&suba,1);/*發(fā)送子地址0*/
read(fd,recbuf,8);/*從子地址0開始讀取8個字節(jié)*/
6 結束語
設備驅動程序是操作系統(tǒng)內核和機器硬件之間的接口,通過它可使設備文件化。本文首先介紹I2C總線接口的工作模式和特點,簡要介紹I2C字符型驅動模塊的特點,研究ARM Linux下的鍵盤擴展器件ZLG7290驅動程序,詳細描述了基于I2C總線通信的鍵值讀取過程,具有廣泛的應用價值。