嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告linux數(shù)據(jù)采集課設(shè)報(bào)告

1、北 華 航 天 工 業(yè) 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）設(shè)計(jì)課題：linux系統(tǒng)下系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 王達(dá)偉 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011年12月 北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系10 嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓 名：專 業(yè)：電子信息工程班級(jí)：指導(dǎo)教師：王達(dá)偉職 稱：講師課程設(shè)計(jì)題目：linux系統(tǒng)下系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)要求：（1）根據(jù)技術(shù)指標(biāo)確定硬件實(shí)現(xiàn)方案，畫(huà)出系統(tǒng)的電路原理圖（2）確定軟件流程圖，并編寫(xiě)程序（3）在超級(jí)終端顯示測(cè)量電壓值（4）提交設(shè)計(jì)報(bào)告技術(shù)指標(biāo)：（1）輸入電壓范圍0-2.5v（2）電壓分辨率2.4mv所需儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī) 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 虛擬機(jī)vmwar

2、e和red hat9成果驗(yàn)收形式：上機(jī)驗(yàn)收參考文獻(xiàn)：1 孟慶春,牛欣源著. linux教程.電子工業(yè)出版社.2 張玲,周旭著. linux操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社.3 魏永明,耿岳等譯. linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序.中國(guó)電力出版社.時(shí)間安排第17周到18周完成設(shè)計(jì)題目指導(dǎo)教師：王達(dá)偉 教研室主任：王俊紅2011年 12月28日 內(nèi) 容 摘 要嵌入式系統(tǒng)是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總稱。linux是嵌入式操作系統(tǒng)中的一種應(yīng)用比較廣泛的操作系統(tǒng)。嵌入式linux 是一種適用于嵌入式系統(tǒng)的源碼開(kāi)放的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),是目前操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn),其重點(diǎn)與難點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)嵌人

3、式linux 下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,可以更好地利用新硬件特性,提高系統(tǒng)訪問(wèn)硬件的效率,改善整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的性能。驅(qū)動(dòng)程序修改非常方便,使應(yīng)用系統(tǒng)非常靈活。linux的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)中模塊方式調(diào)試效率很高，它使用insmod工具將編譯的模塊直接插入內(nèi)核，如果出現(xiàn)故障，可以使用rmmod從內(nèi)核中卸載模塊，不需要重新啟動(dòng)內(nèi)核，這使驅(qū)動(dòng)調(diào)試效率大大提高。a/d轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)源和cpu之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。本設(shè)計(jì)是在linux環(huán)境下對(duì)s3c2410芯片的8通道10位a/d的操作與控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采集。通過(guò)調(diào)整三個(gè)按鈕。采集出

4、的數(shù)據(jù)會(huì)隨之變化。索引關(guān)鍵詞：嵌入式 linux 驅(qū)動(dòng)程序 a/d轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集 目 錄一 概 述 1二 實(shí)驗(yàn)原理 1二 方案設(shè)計(jì) 3三 實(shí)驗(yàn)步驟 3 四 程序源代碼 6五 結(jié)論及體會(huì)9 六 參考文獻(xiàn) 101、 概述 本課程設(shè)計(jì)通過(guò)編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序以及測(cè)試程序并進(jìn)行編譯，在linux系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并采集。linux 中的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)是嵌入式linux 開(kāi)發(fā)中十分重要的部分，驅(qū)動(dòng)程序的作用是應(yīng)用程序與硬件之間的一個(gè)中間軟件層，為應(yīng)用程序展現(xiàn)硬件的所有功能。linux 的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)調(diào)試有兩種方法，一種是直接編譯到內(nèi)核，再運(yùn)行新的內(nèi)核來(lái)測(cè)試；二是編譯為模塊的形式，單獨(dú)加載運(yùn)行調(diào)試。模塊方式調(diào)

5、試效率很高，它使用insmod 工具將編譯的模塊直接插入內(nèi)核，如果出現(xiàn)故障，使用rmmod 從內(nèi)核中卸載模塊。不需要重新啟動(dòng)內(nèi)核，這使驅(qū)動(dòng)調(diào)試效率太大提高。a/d轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)源和cpu之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。在工業(yè)控制盒數(shù)據(jù)采集及許多其他領(lǐng)域中，a/d轉(zhuǎn)換是不可缺少的。2、 實(shí)驗(yàn)原理3.1 a/d 轉(zhuǎn)換器 a/d轉(zhuǎn)換器是模擬信號(hào)源和 cpu之間聯(lián)系的接口，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集及許多其他領(lǐng)域中，a/d 轉(zhuǎn)換是不可缺

6、少的。 a/d 轉(zhuǎn)換器有以下類型：逐位比較型、積分型、計(jì)數(shù)型、并行比較型、電壓頻率型，主要應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)合的具體要求，按照轉(zhuǎn)換速度、精度、價(jià)格、功能以及接口條件等因素來(lái)決定選擇何種類型。常用的有以下兩種： 1、雙積分型的 a/d 轉(zhuǎn)換器 雙積分式也稱二重積分式，其實(shí)質(zhì)是測(cè)量和比較兩個(gè)積分的時(shí)間，一個(gè)是對(duì)模擬輸入電壓積分的時(shí)間 t0，此時(shí)間往往是固定的；另一個(gè)是以充電后的電壓為初值，對(duì)參考電源 vref反向積分，積分電容被放電至零所需的時(shí)間 t1。模擬輸入電壓 vi與參考電壓 vref之比，等于上述兩個(gè)時(shí)間之比。由于 vref、t0 固定，而放電時(shí)間 t1 可以測(cè)出，因而可計(jì)算出模擬輸入電壓的大小

7、(vref 與 vi符號(hào)相反)。由于 t0、vref 為已知的固定常數(shù)，因此反積分時(shí)間 t1與輸入模擬電壓 vi 在t0時(shí)間內(nèi)的平均值成正比。輸入電壓 vi 愈高，va 愈大，t1就愈長(zhǎng)。在 t1開(kāi)始時(shí)刻，控制邏輯同時(shí)打開(kāi)計(jì)數(shù)器的控制門開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到積分器恢復(fù)到零電平時(shí)， 計(jì)數(shù)停止。 則計(jì)數(shù)器所計(jì)出的數(shù)字即正比于輸入電壓 vi在 t0時(shí)間內(nèi)的平均值，于是完成了一次 a/d 轉(zhuǎn)換。由于雙積分型 a/d 轉(zhuǎn)換是測(cè)量輸入電壓 vi 在 t0 時(shí)間內(nèi)的平均值，所以對(duì)常態(tài)干擾(串摸干擾)有很強(qiáng)的抑制作用，尤其對(duì)正負(fù)波形對(duì)稱的干擾信號(hào)，抑制效果更好。雙積分型的a/d 轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，

8、這是突出的優(yōu)點(diǎn)。但轉(zhuǎn)換速度比較慢，常用的 a/d 轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級(jí)。例如 12 位的積分型 a/d 芯片 adcetl2bc，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 lms。因此適用于模擬信號(hào)變化緩慢，采樣速率要求較低，而對(duì)精度要求較高，或現(xiàn)場(chǎng)干擾較嚴(yán)重的場(chǎng)合。例如在數(shù)字電壓表中常被采用。2、逐次逼近型的 a/d 轉(zhuǎn)換器 逐次逼近型(也稱逐位比較式)的a/d 轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用比積分型更為廣泛，其原理框圖如圖1 所示，主要由逐次逼近寄存器sar、d/a 轉(zhuǎn)換器、比較器以及時(shí)序和控制邏輯等部分組成。它的實(shí)質(zhì)是逐次把設(shè)定的sar 寄存器中的數(shù)字量經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后得到電壓vc與待轉(zhuǎn)換模擬電壓v。進(jìn)行比較。比較時(shí)，先從sar

9、的最高位開(kāi)始，逐次確定各位的數(shù)碼應(yīng)是“1”還是“0”，其工作過(guò)程如下： 轉(zhuǎn)換前，先將 sar 寄存器各位清零。轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，控制邏輯電路先設(shè)定sar 寄存器的最高位為“1” ，其余位為“0” ，此試探值經(jīng) d/a 轉(zhuǎn)換成電壓 vc，然后將 vc 與模擬輸入電壓vx比較。如果 vxvc，說(shuō)明 sar最高位的“1”應(yīng)予保留；如果 vxvc，說(shuō)明 sar 該位應(yīng)予清零。然后再對(duì)sar寄存器的次高位置“1” ，依上述方法進(jìn)行 d/a 轉(zhuǎn)換和比較。如此重復(fù)上述過(guò)程，直至確定 sar 寄存器的最低位為止。過(guò)程結(jié)束后，狀態(tài)線改變狀態(tài)，表明已完成一次轉(zhuǎn)換。最后，逐次逼近寄存器 sar 中的內(nèi)容就是與輸入模擬量

10、v 相對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量。顯然 a/d轉(zhuǎn)換器的位數(shù) n 決定于 sar 的位數(shù)和 d/a 的位數(shù)。圖 1(b)表示四位 a/d 轉(zhuǎn)換器的逐次逼近過(guò)程。轉(zhuǎn)換結(jié)果能否準(zhǔn)確逼近模擬信號(hào)，主要取決于 sar和 d/a的位數(shù)。位數(shù)越多，越能準(zhǔn)確逼近模擬量，但轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。 逐次逼近式的 a/d 轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換速度較快，在 1100/s 以內(nèi)，分辨率可以達(dá) 18 位，特別適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，不隨輸入信號(hào)的變化而變化?？垢蓴_能力相對(duì)積分型的差。例如，對(duì)模擬輸入信號(hào)采樣過(guò)程中，若在采樣時(shí)刻有一個(gè)干擾脈沖迭加在模擬信號(hào)上，則采樣時(shí)，包括干擾信號(hào)在內(nèi)，都被采樣和轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這就會(huì)

11、造成較大的誤差，所以有必要采取適當(dāng)?shù)臑V波措施。（a）逐次漸進(jìn)式a/d轉(zhuǎn)換原理圖 （b）逐次逼近過(guò)程原理圖圖1 逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器3、 方案設(shè)計(jì)本課題是基于linux操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用試驗(yàn)箱上面的adc模塊，通過(guò)編寫(xiě)linux對(duì)應(yīng)的adc模塊驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，并通過(guò)minicom顯示在超級(jí)終端上面。課題完成過(guò)程中應(yīng)完成以下任務(wù)：1、了解嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱核心板及adc模塊的電路原理圖及工作原理。2、 理解無(wú)操作系統(tǒng)情況下（把s3c2410作為一個(gè)32位的單片機(jī)），用片上集成的adc模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的工作過(guò)程。3、 熟悉linux文件系統(tǒng)，掌握l(shuí)inux字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)原理及的

12、流程，理解用戶應(yīng)用程序調(diào)用內(nèi)核設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的過(guò)程。 4、使用通用的linux操作，編寫(xiě)簡(jiǎn)單的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，完成應(yīng)用程序調(diào)用字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，深入理解程序執(zhí)行過(guò)程。5、編寫(xiě)adc模塊的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，在實(shí)驗(yàn)箱上驗(yàn)證編寫(xiě)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。利用minicom，顯示結(jié)果顯示在pc機(jī)的終端上。 4、 實(shí)驗(yàn)步驟1、準(zhǔn)備工作1.1、虛擬機(jī)設(shè)置如下：a、將vmware聯(lián)網(wǎng)改為橋接方式，順序選中菜單vmsettingshardwarenetwaor adapter，在彈出對(duì)話框的右邊將network connection，改為bridged；b、順序選中菜單editvirtual network editorh

13、ost virtual network mapping，在彈出的對(duì)話框中選“host virtual network mapping”屬性頁(yè)，為vmnet0選為計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡，如圖2：圖2主機(jī)虛擬網(wǎng)絡(luò)映射方式設(shè)置c、將f盤(pán)共享；d、關(guān)閉防火墻，運(yùn)行命令 #chkconfig iptables offe、重啟nfs和portmap服務(wù)，運(yùn)行命令#service nfs restart#service portmap restart1.2、nfs掛載配置如下：主機(jī)：ip：192.168.1.168 子網(wǎng)掩碼:255.255.255.0 網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1 dns：192.168.1.1lin

14、ux：ip：192.168.1.169 子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0 網(wǎng)關(guān)：192.168.1.1 dns：192.168.1.11.3、將f盤(pán)的adc目錄拷貝到linux下地/root/myjob目錄下： 執(zhí)行命令：cp /mnt/hgfs/f/adc rf /root/myjob2、編譯adc驅(qū)動(dòng)文件并掛載到試驗(yàn)箱的操作系統(tǒng)下2.1、進(jìn)入/root/myjob/adc目錄，修改makefile文件（在實(shí)驗(yàn)箱上運(yùn)行的版本）kerneldir = /arm2410cl/kernel/linux-2.4.18-2410cl/#kerneldir=/usr/src/linux-2.4.20

15、-8includedir = $(kerneldir)/include#cross_compile=cross_compile=/opt/host/armv4l/bin/armv4l-unknown-linux-其它地方不用修改，存盤(pán)退出2.2、回到/root/myjob/adc目錄，編譯程序，運(yùn)行命令：#make2.3、掛載/root/myjob到試驗(yàn)箱步驟如下：a、進(jìn)入試驗(yàn)箱操作系統(tǒng)，運(yùn)行命令minicom同時(shí)重啟試驗(yàn)箱：b、設(shè)置試驗(yàn)箱的ip、網(wǎng)關(guān)，運(yùn)行命令：yaffsifconfig eth0 192.168.1.163 netmask 255.255.255.0yaffsroute a

16、dd default gw 192.168.1.1c、運(yùn)行完以上步驟即可掛載，運(yùn)行命令yaffsmount t nfs o nolock 192.168.1.169:/root/myjob /mnt/nfs3、運(yùn)行調(diào)試程序 1、插入模塊，運(yùn)行命令yaffsinsmod adc.o2、運(yùn)行調(diào)試程序，運(yùn)行命令yaffs./test_adc.o 運(yùn)行結(jié)果如下：/mnt/nfslsadc cross-2.95.3.tar.bz2 demo.cbusybox-1.00-pre10 demo target/mnt/nfscd adc/mnt/nfs/adclsmakefile adc.c adc.o te

17、st_adc.c test_adc.o/mnt/nfs/adcinsmod adc.ousing adc.oadc initialized/mnt/nfs/adc./test_adc.odevice open sucess!channel 0 value: 2.252637channel 1 value: 3.280664channel 0 value: 2.252637channel 1 value: 3.2806645、 程序源代碼1.驅(qū)動(dòng)程序源代碼使用vi編輯器或其他編輯器閱讀理解源代碼。其中adc_read,adc_write函數(shù)完成驅(qū)動(dòng)的讀寫(xiě)接口功能，do_write函數(shù)實(shí)現(xiàn)將用戶寫(xiě)

18、入的數(shù)據(jù)逆序排列，通過(guò)讀取函數(shù)讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。這里只是演示接口的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和內(nèi)核驅(qū)動(dòng)對(duì)用戶的數(shù)據(jù)的處理。adc_ioctl函數(shù)演示ioctl調(diào)用接口的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。驅(qū)動(dòng)代碼sinosys-adc.c如下：#include #include #include #include /* printk() */#include #include #include #include #include #include #undef debug#ifdef debug#define dprintk(x.) printk(_function_(%d): ,_line_);printk(#x);#else#defi

19、ne dprintk(x.) (void)(0)#endif#define start_adc_ain(x) adccon = prescale_en | prscvl(255) | adc_input(x) ; adccon |= adc_start; #define device_name sinosys /*設(shè)備的目錄名為sinosys*/#define adc_major 254 /*主設(shè)備號(hào)為254*/#define adc_minor 0 /*從設(shè)備號(hào)為0*/#define channel_iow(p, 0xa2,int) /*定義ioctl號(hào)*/#define max_chann

20、el 2 /*最大的通道數(shù)*/ static struct semaphore adc_lock; /*鎖*/static wait_queue_head_t adc_wait; /*等待隊(duì)列*/static unsigned int adc_ain; /*當(dāng)前通道*/static void adcdone_int_handler(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *reg)dprintk(adcdone_initn);wake_up(&adc_wait); /*喚醒等待隊(duì)列*/*adc的原始讀函數(shù)*/int s3c2410_adc_read(int

21、ain)int ret = 0;if (down_interruptible(&adc_lock) /*加鎖*/return -erestartsys;start_adc_ain(ain); /*啟動(dòng)adc轉(zhuǎn)換過(guò)程*/sleep_on_timeout(&adc_wait, hz/100); /*把程序加到等待隊(duì)列中*/ /*超時(shí)值為hz/100(10ms)*/ret = adcdat0 ; /*蘇醒到代表adc轉(zhuǎn)換結(jié)束，以讀取adc的值*/up(&adc_lock); /*解鎖*/adc_wait = null;dprintk(ain%d = 0x%04x, %dn, ain, ret, ad

22、ccon & 0x80 ? 1:0);return (ret & 0x3ff); /*返回adc中的轉(zhuǎn)換值*/static ssize_t adc_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)int retval ;retval = s3c2410_adc_read( adc_ain ); /*調(diào)用adc原始讀函數(shù)*/dprintk(the value of channel %d : %xn, adc_ain, retval);retval = put_user(retval, (int *)buffer);

23、 /*把數(shù)據(jù)傳回用戶空間*/if (!retval)retval = sizeof(unsigned long);return retval;/*io口控制函數(shù)*/static ssize_t adc_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg)switch(cmd)case channel:dprintk(change to adc channel %dn,(int)arg);if (int)arg max_channel) adc_ain = (int) arg;break

24、;default:dprintk(error cmd numbern);break;return 0;static ssize_t adc_open(struct inode *inode, struct file *file)mod_inc_use_count;printk(device open sucess!n);adc_ain = 0;return 0;static ssize_t adc_release(struct inode *inode, struct file *filp)mod_dec_use_count;printk(device releasen);return 0;s

25、tatic struct file_operations adc_fops = owner: this_module,read: adc_read,ioctl: adc_ioctl,open: adc_open,release: adc_release,;#ifdef config_devfs_fsstatic devfs_handle_t devfs_adc_dir, devfs_adcraw;#endifint _init s3c2410_adc_init(void)init_mutex(&adc_lock); /*初始化鎖*/init_waitqueue_head(&adc_wait);

26、 /*初始化等待隊(duì)列*/* normal adc */adctsc = 0; /xp_pst(nop_mode); /*設(shè)定adc寄存器初值*/if (request_irq(irq_adc_done, adcdone_int_handler, sa_interrupt,adc, null) 0) /*申請(qǐng)中斷*/goto irq_err;#ifdef config_devfs_fs /*建立sinosys設(shè)備目錄*/devfs_adc_dir = devfs_mk_dir(null, device_name, null);devfs_adcraw = devfs_register(devfs

27、_adc_dir, adc, devfs_fl_default,adc_major, adc_minor, s_ifchr | s_irusr | s_iwusr,&adc_fops, null);#elseint result;set_module_owner(&adc_fops);result = register_chrdev(adc_major, scullc, &adc_fops);if (result 0) return result;/ if (adc_major = 0) adc_major = result; /* dynamic */#endifprintk(device_name initializedn);return 0;irq_err:return 1;module_init(s3c2410_adc_init); /*定義模塊的初始化函數(shù)為s3c2