企业见习报告arm板蜂鸣器驱动开发DOC.docx
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企业见习报告arm板蜂鸣器驱动开发DOC
嵌入式系统开发技术
企业见习
专业：
计算机科学与技术
班级：
2011级计算机软件
学号：
姓名：
设计题目：
蜂鸣器驱动程序设计
2014年06月
目录
1.绪论1
1.1概要1
1.2设计内容1
2.开发环境的搭建2
2.1Redhat的安装2
2.2安装arm-linux-gcc交叉编译器4
2.3安装及编译linux-2.6.35.7-Tiny210-20120301内核6
3.字符设备驱动相关知识8
3.1模块机制8
3.2字符设备开发基本步骤9
3.3主设备号和次设备号10
3.4实现字符驱动程序11
4.蜂鸣器原理13
4.1蜂鸣器的种类和工作原理13
4.2开发板上蜂鸣器原理图分析13
5.总体设计14
5.1设计思路14
5.2设计步骤14
6.驱动及测试程序16
6.1buzzer驱动代码16
6.2buzzer驱动测试代码18
7.运行结果及截图20
8、Tiny210开发板调试22
综合设计总结与思考23
1.绪论
1.1概要
Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，它主要用于基于Intelx86系列CPU的计算机上。
Linux以它的高效性和灵活性著称。
它能够在PC计算机上实现全部的Unix特性，具有多任务、多用户的能力。
Linux是在GNU公共许可权限下免费获得的，是一个符合POSIX标准的操作系统。
Linux操作系统软件包不仅包括完整的Linux操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器等应用软件。
它还包括带有多个窗口管理器的X-Windows图形用户界面，如同我们使用WindowsNT一样，允许我们使用窗口、图标和菜单对系统进行操作。
而linux驱动是直接和硬件打交道的软件程序。
层次结构上，它处于操作系统和硬件之间。
系统调用是操作系统内核与应用程序之间的接口，设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口。
设备驱动程序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，应用程序可以像操作普通文件一样对硬件折本进行操作。
设备驱动程序是内核的一部分，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，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。
1.2设计内容
本次设计是简单的字符设备驱动设计，基于Tiny210的蜂鸣器的驱动设计。
2.开发环境的搭建
2.1Redhat的安装
使用VirtualBox创建一个虚拟机：
点击菜单栏File->New->Virtualmachine。
填写虚拟机名称，选择系统类型和版本，然后点击下一步。
配置虚拟机内存为1024M，然后点击下一步
创建虚拟硬盘，下一步。
配置完成后的虚拟机配置
2.2安装arm-linux-gcc交叉编译器
1、下载文件：
安装包：
arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20120301.tgz
2、开始安装，打开终端输入cd，进入home目录后，
输入命令：
tarxvzfarm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp-20120301.tgz如图：
2.解压完成后在终端中输入cd./opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin/,然后pwd查看当前路径；
3.修改环境变量，把交叉编译器的路径加入到PATH：
利用tab键的补齐功能进入该路径。
输入pwd命令，查看当前路径的绝对路径/home/cf/ARM/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin如图：
然后输入如下命令：
vi~/.bash_profile
修改下列PATH
PATH=$PATH:
$HOME/bin:
/sbin:
~/opt/FriendlyARM/toolschain/4.5.1/bin
然后输入如下命令，更新环境变量
source~/.bash_profile
4、检查是否将路径加入到PATH：
接下来利用命令echo$PATH查看环境变量是否添加成功，若
环境变量中出现了刚才添加的路径就成功了。
5、测试是否安装成功
$arm-linux-gcc-v输入命令会显示arm-linux-gcc信息和版本.
2.3安装及编译linux-2.6.35.7-Tiny210-20120301内核
复制内核到root目录下
解压内核文件tarzxvflinux-2.6.35.7-Tiny210-20120301.tgz
使内核文件生效：
cpconfig_Tiny210_n35.config
使用make命令完成编译解压内核文件tarzxvflinux-2.6.35.7-20120301.tgz
使内核文件生效：
cpmini210-tvp5150_linux_defconfig.config并且使用make命令完成编译
编辑Makefile文件
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;
}
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GPD0IO口使用PWM信号驱动工作的，而GPD0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。
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beep.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test
Ø将生成的beep.ko模块和应用层测试程序test下载到目标板
Ø用insmod装载模块
Ø创建设备节点
mknod/dev/beepc2500
Ø运行用户层测试程序test
#./test
如果你的test的属性不是可执行的，可以用chmod777test将其设置成可执行
程序。
6.驱动及测试程序
6.1蜂鸣器驱动代码
#include
#include//includefile_operations
#include
#include
#include
#include
#include//includeioread32,iowrite32;
dev_tgeek_num;
structcdevgeek_cdev;//字符设备结构体
//structfile_operationsgeek_ops;//
unsignedint*address;//addressforGPD_CON
voidbeep_start（void）{
unsignedintdata;
address=ioremap（0xE02000A0,8）;
data=ioread32（address+1）;
data|=0x1<<0;//bit0set1;
iowrite32（data,address+1）;
}
voidbeep_stop（void）{
unsignedintdata;
address=ioremap（0xE02000A0,8）;
data=ioread32（address+1）;
data&=~0x1<<0;//bit0set0;
iowrite32（data,address+1）;
}
staticintgeek_open（structinode*node,structfile*fp）{
unsignedintdata;//initate
address=ioremap（0xE02000A0,8）;
data=ioread32（address）;
data&=~0x1<<3;//bit3set0;
data&=~0x1<<2;//bit2set0;
data&=~0x1<<1;//bit1set0;
data|=0x1<<0;//bit0set1;
iowrite32（data,address）;
printk（"\tgeek_open\n"）;
return0;
}
staticintgeek_release（structinode*node,structfile*fp）{
printk（"\tgeek_release\n"）;
return0;
}
staticintgeek_read（structfile*fp,char__user*buf,size_tcount,loff_t*ppos）{
printk（"\tgeek_read\n"）;
return0;
}
staticintgeek_write（structfile*fp,constchar__user*buf,size_tcount,loff_t*ppos）{
printk（"\tgeek_write\n"）;
return0;
}
staticintgeek_ioctl（structinode*node,structfile*fp,unsignedintcmd,unsignedlongll）{
printk（"\tgeek_ioctl\n"）;
switch（cmd）{
case0:
{beep_stop（）;printk（"beep_stop"）;}
break;
case1:
{beep_start（）;printk（"beep_start"）;}
break;
default:
printk（"commandnotfound!
\n"）;
break;
}
return0;
}
structfile_operationsgeek_ops=//文件描述符，
{
.owner=THIS_MODULE,//
.open=geek_open,
.read=geek_read,
.write=geek_write,
.ioctl=geek_ioctl,
.release=geek_release,
};
staticint__initbeep_init（void）//初始化
{
intmajor;//主设备号
alloc_chrdev_region（&geek_num,0,1,"geek_beep"）;//设备号，次设备号，分支数，设备名称
major=MAJOR（geek_num）;
printk（"major:
%d",major）;
cdev_init（&geek_cdev,&geek_ops）;
geek_cdev.ops=&geek_ops;//指向file_operations
geek_cdev.owner=THIS_MODULE;
cdev_add（&geek_cdev,geek_num,1）;//注册设备
return0;
}
staticvoid__exitbeep_exit（void）
{
unregister_chrdev_region（geek_num,1）;//
cdev_del（&geek_cdev）;//删除
}
module_init（beep_init）;//加载
module_exit（beep_exit）;//卸载
6.2蜂鸣器驱动测试代码
#include
#include
intmain（）{
unsignedn=1;
intfp;
fp=open（"/dev/beep",O_RDWR）;
if（fp<0）{
printf（"CantopentheDev!
"）;
return-1;
}
read（fp,NULL,0）;
write（fp,NULL,0）;
printf（"inputtimeyouwanttobeep:
"）;
scanf（"%d",&n）;
while（n--）{
ioctl（fp,1,0）;
sleep
（1）;
ioctl（fp,0,0）;
sleep
（1）;
}
close（fp）;
return0;
}
7.运行结果及截图
传输beep.ko，test测试程序，然后使用ls命令查看文件。
使用insmodbeep.ko加载beep驱动，mknod/dev/beepc2500创建设备结点。
最后使用./test命令运行测试程序
8.Tiny210开发板调试
（1）连接开发板电源。
（2）用串口将PC和Tiny210开发板相连。
（3）打开secureCRT软件，点击快速连接，配置端口
协议：
Serial
端口：
com6（看自己的端口号）
波特率：
115200
数据位：
8
奇偶校验：
none
停止位：
1
勾掉RTS/CTS选项
（4）点击连接
（5）打开开发板电源
（6）secureCRT软件会出现一些选项，选择b，rootsystem
（7）输入指令rz，将beep.ko加载到根文件系统里，再输入指令，将buzzer测试程序加载到根文件系统。
（8）在secureCRT里输入insmodbeep.ko，将驱动程序加载到内核模块中。
（9）在secureCRT里输入chmod777test，改变可执行程序的权限。
（10）在secureCRT里输入./test。
综合设计总结与思考
为期一周的企业见习即将结束，在大三快要结束时学校给我们安排了这次企业见习非常有用。
一方面是对我们这学期所开设的《嵌入式linux应用开发》的一次巩固，另一方面也让我们深入了解了嵌入式linux开发，让我们有机会动手亲自体验linux开发，为以后的实际工作奠定了良好的基础。
同时也让我们知道了，linux开发并不是一件简单的事，并不是一门单纯的学科，需要综合领悟并贯通知识的能力，而且想精通linux开发并不是一朝一夕的事，需要极大的耐心与不懈的努力。
此次企业见习学校给我们安排了南京易嵌教育公司的赵老师，我校与南京易嵌教育有着非常密切而融洽的合作，在去年这个时候学校同样请来了赵老师给我们指导企业见习。
做的项目是用C语言开发一个电话簿。
赵老师非常认真的为我们授课，答疑解惑。
并在设计中给了我们极大的指导性作用。
那次企业见习让我们对C语言有个更加深刻的认识，也了解了C语言的使用的灵活性与广泛性，为这次企业见习做了一个铺垫。
此次设计的题目是蜂鸣器驱动，蜂鸣器我们并不陌生，在单片机这门课程中我们已经了解了蜂鸣器的工
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