基于S3C2410及嵌入式Linux的氫氣濃度的檢測系統的解決方案

2．3 ADC與微處理器接口電路

氫氣傳感器輸出信號頻率一般都遠小于1 kHz。根據香農采樣定理可知，采樣頻率至少要大于信號最高頻率的2倍。另外，為了滿(mǎn)足最小2 mg／m3的分辨率，這里采用美國ADI公司推出的一款高速低功耗串行12位8 通道A／D轉換器AD7888。它是單電源工作，電壓VDD范圍為2．7～5．25 V。AD7888有2．5 V的片內基準電壓，也可以使用外部基準電壓，范圍從1．2 V到VDD。模擬輸入電壓從O到VREF，采樣頻率可高達125 kHz，可與多種串行接口(SPI／QSPI／MICROWIRE／DSP)兼容。

本監測系統的核心處理器是三星公司推出的16／32位RISC處理器S3C2410。它為手持設備和一般應用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能的小型微控制器解決方案。S3C2410提供了豐富的內部設備：分開(kāi)的16KB的指令Cache和16 KB的數據Cache，MMU虛擬存儲器管理，LCD控制器，支持NAND Flash系統引導，系統管理器，3通道UART，4通道的DMA，4通道PWM定時(shí)器，I／O端口，RTC，8通道10位ADC和觸摸屏接口，I2C總線(xiàn)接口，USB主從機，USB設備，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及內部PLL時(shí)鐘倍頻器等。

該系統利用SPI實(shí)現A／D轉換器與ARM處理器的數據傳輸，其接口電路如圖3所示。SPlCLK0為SPI串行時(shí)鐘信號，SPIMISO0和 SPIMOSI0數據引腳用來(lái)發(fā)送和接收串行數據。nSS0作為SPI的片選信號，低電平有效。

3 系統軟件結構設計

本系統在S3C2410上移植了韓國Mizi公司開(kāi)發(fā)的Bootloader(VIVI)、嵌入式Linux-2．6．14內核以及cramfs根文件系統，構建了具有嵌入式Linux操作系統的軟件環(huán)境。

3．1 外圍設備驅動(dòng)程序設計

Linux設備驅動(dòng)程序是為特定硬件提供給用戶(hù)程序的一組標準化接口，它隱藏了設備工作的細節。但對于特定的硬件設備來(lái)說(shuō)，其對應的設備驅動(dòng)程序不同，所以不同外部設備驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)是嵌入式軟件設計過(guò)程中必不可少的一部分。

Linux常以模塊的形式加載設備，便于多個(gè)設備的協(xié)調工作也利于應用程序的開(kāi)發(fā)和擴展。設備驅動(dòng)在加載時(shí)首先需要調用入口函數ini- t_module()。該函數完成設備驅動(dòng)的初始化工作，比如寄存器置位、結構體賦值等。其中最重要的一個(gè)工作就是向內核注冊該設備，字符設備調用函數 register_chrdev()完成注冊，塊設備調用函數reglster_blkdev()完成注冊。相應地，設備驅動(dòng)在卸載時(shí)需要調用 cleanup_mod-ule()。該函數完成相應資源的回收、設備的注銷(xiāo)、釋放主設備號和設備文件名等。字符設備利用 unregister_chrdev()注銷(xiāo)設備，塊設備利用unregister_blkdev()注銷(xiāo)設備。

Linux內核中，每個(gè)設備驅動(dòng)程序都對應一個(gè)file_operations數據結構。在file_operations數據結構中，定義了一些與此設備相關(guān)的打開(kāi)、關(guān)閉、讀／寫(xiě)、控制等功能函數，當用戶(hù)進(jìn)行系統調用時(shí)，將自動(dòng)使用驅動(dòng)程序中特定的函數來(lái)實(shí)現具體的操作。實(shí)際上，編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序的過(guò)程也就是實(shí)現struct file_operations結構中的部分所需函數的過(guò)程。

3．2 應用程序設計

有了設備驅動(dòng)程序提供底層硬件與應用程序的接口，Linux系統訪(fǎng)問(wèn)底層設備就像訪(fǎng)問(wèn)普通文件一樣。例如，打開(kāi)設備使用系統調用open()，關(guān)閉設備使用系統調用close()，讀／寫(xiě)設備使用系統調用read()和write()等。應用程序流程如圖4所示。首先系統上電復位，程序初始化，然后掃描鍵盤(pán)值，看是否有鍵值按下。若有，則進(jìn)行按鍵處理并按輸入步驟設置程序；若無(wú)，則開(kāi)中斷并啟動(dòng)A／D轉換，等待轉換完成產(chǎn)生中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序流程如圖5所示。首先關(guān)閉中斷，讀取A／D采集數據，調用適用于緩變信號的中值濾波算法處理轉換結果，將連續采樣的5次采樣值按大小排序，取中間值為本次有效值。然后，存儲處理后的數據并送顯示器顯示。最后，從中斷返回到主程序中，再判斷當前數據是否超過(guò)設定的臨界值。若大于臨界值，作報警處理；否則就開(kāi)中斷，等待下一次轉換結束。依此循環(huán)處理。