基于Linux的温度传感器驱动程序的设计

罗东华，李海岗，王忠民

（1．山东传媒职业学院信息工程系，山东济南250200；2．72946部队，山东淄博255000；3．山东省科学院自动化研究所，山东济南250014）

随着计算机控制技术的不断发展，嵌入式系统已经广泛渗透到仪器仪表、工业控制等各个领域，成为备受关注的热点［1]．而Linux作为一个源码公开、结构清晰、功能强大，且稳定可靠的操作系统，在嵌入式系统中占据主流位置［2]．在工业控制与监测领域，温度监控是一项必不可少的功能模块．文中介绍了基于模拟量传输的温度传感器在Linux系统下驱动程序的开发方法，阐述了可动态加载的设备驱动程序的配置、设计和调试步骤．

1 驱动程序的原理

驱动程序的目的是驱动硬件正常工作，所以编写驱动程序要针对特定的硬件来进行．Linux设备驱动程序是为特定的硬件提供给应用程序的一组标准化接口，它隐藏了设备工作的细节．设备驱动程序从总体上看分为两部分：驱动程序与Linux内核的接口、驱动程序与设备的接口［3]．其代码结构大致可以分为如下几个部分：驱动程序的注册与注销、设备的打开与释放、设备的读写操作、设备的控制操作、设备的中断和轮询处理［4]．

Liunx系统的设备分为三种类型：字符设备、块设备和网络设备．基于模数转换模块（ADC）的温度传感器属于字符设备，其实现流程包括设备的注册，文件操作结构体（file＿operations）赋值，以及编写文件操作结构体中用到的函数．模数转换模块功能非常简单，所以在文件操作结构体中只需要设置打开函数（open）、释放函数（release）以及读取函数（read）的指针，相应的仅需要实现open函数、release函数和read函数．

2 驱动程序的设计

open函数提供给驱动程序以初始化的能力，主要工作内容如下：

1）检查设备特定的错误（诸如设备未就绪或类似的硬件问题）．

2）如果设备是首次打开，则对其进行初始化．

3）如果有必要，更新file＿operations指针［5]．在Linux系统用户空间的应用程序中，如果要打开温度传感器设备，需要调用此内核函数（device＿open）．另外，还可以在此函数中使用一个全局变量，记录设备打开次数，以标识设备是否为第一次打开．

release函数作用与open正好相反，它释放由open分配的所有资源，并关闭设备．同样的，记录设备打开次数的全局变量需要在此函数中进行减操作．

read函数的作用是拷贝数据到应用程序空间，其表达式为：

static ssize＿t device＿read（struct file＊file，char＊buffer，size＿t length，loff＿t＊offset）

参数file是文件指针，参数buffer是指向用户空间的缓冲区，参数length是数据长度，参数loff＿t是指向长偏移量类型（long offset type）对象的指针．该函数内部的程序流程图如图1所示．

图1 read函数程序流程图

read函数还检查用户空间的指针是否有效，如果指针无效，就不会进行拷贝；如果在拷贝过程中遇到无效地址，则仅仅会复制部分数据．

3 驱动程序的加载和测试

驱动程序编写完成后，还需要建立该程序的makefile文件，代码如下：

其中，obj－m是生成目标文件的名称，KERNELDIR是内核路径．

有了adcdriver．c和makefile文件，使用make命令即可得到驱动文件adcdriver．ko．然后使用insmod命令动态加载驱动程序，基于模数转换模块的温度传感器驱动就加载进了Linux内核中．

为了测试该驱动程序，需要编写Linux系统用户空间下的应用程序adc．c，程序流程图如图2所示．

图2 应用程序adc．c的流程图

在Linux的用户空间运行此应用程序，能够得到嵌入式处理器S3C2440模数转换模块的有效数据，根据温度传感器模拟量数值与温度的对应关系，即可获取外部环境温度．

4 结束语

文中介绍了Linux操作系统下驱动程序的基本原理和框架，编写了基于模数转换模块（ADC）的温度传感器的驱动程序和应用程序，并给出实际项目中的操作步骤，对实现同类芯片的其他硬件驱动有很好的参考价值．

［1] 张威，黄冲．嵌入式Linux设备驱动的设计方法研究［J] ．江西师范大学学报：自然科学版，2007，31（4）：391－393．

［2] 巍鹜，张焕强，方贵明．基于Linux的USB驱动程序实现［J] ．计算机应用，2002，22（8）：17－19．

［3] 李亚峰，欧文盛．ARM嵌入式Linux系统开发从入门到精通［M] ．北京：清华大学出版社，2007．

［4] 陈涛，余学才，朱良销．信号发生模块的Linux驱动程序设计［J] ．化工自动化及仪表，2010，37（11）：88－91．

［5] Corbet J，Rubini A，Hartman G K．Linux设备驱动程序［M] ．北京：中国电力出版社，2006．