基于S3C2440的nRF2401驅動(dòng)設計

　通信頻率為2.4GHz 的ISM 頻段，由于其免許可證、波長(cháng)較短、天線(xiàn)的尺寸小、外圍器件少等優(yōu)點(diǎn)，適合于近距離無(wú)線(xiàn)通信。將ARM9 與nRF24E1 結合， 可以縮小設備體積， 降低系統功耗， 減少設備間連線(xiàn)困難等問(wèn)題。針對ARM9 芯片S3C2440 的特點(diǎn)設計了對nFR24E1 的接口電路和驅動(dòng)程序。對于在狹小空間中，有設備之間的數據共享要求的系統是一種有效解決途徑。

　　2.4GHz 無(wú)線(xiàn)設備的使用，免去了系統之間連線(xiàn)的煩惱。一方面可以降低設備的成本，另一方面就是可以簡(jiǎn)化設備的安裝。

　　特別是對于一些運動(dòng)部件的實(shí)時(shí)測量，借助兩個(gè)無(wú)線(xiàn)傳輸設備，可以將一部分測量設備做到運動(dòng)部件上，另一部分安裝在附近，就可以將運動(dòng)部件的實(shí)時(shí)數據傳輸出來(lái)， 供設計人員對設備實(shí)時(shí)工作的性能進(jìn)行詳細分析和改進(jìn)。本文著(zhù)重介紹nRF24E1 與S3C2440 的硬件連接以及在Linux 操作系統下的驅動(dòng)設計。無(wú)線(xiàn)設備采用基于NF2401AG 芯片。

　　1 硬件結構

　　nFR2401A 是Nordic 公司的一款單片2.4GHz 無(wú)線(xiàn)傳輸芯片。該芯片由一個(gè)完全集成的頻率合成器，一個(gè)功率放大器，晶體振蕩器和調制器組成， 輸出功率和頻率可以通過(guò)3 線(xiàn)接口編程設置。

　　1.1 nFR2401 的通信協(xié)議與工作模式

　　nFR2401 之間的無(wú)線(xiàn)收發(fā)是以數據包的形式發(fā)送和接收的。其數據包格式如下：

　　其中，前緩沖是硬件自動(dòng)添加，地址由用戶(hù)設定。為32~40位；循環(huán)冗余校驗由內置CRC 糾檢錯硬件電路自動(dòng)添加?？稍O為0、8 或6 位。所有的數據總共長(cháng)度為256 位。

　　nFR2401 的工作模式有配置模式、工作模式、待機模式、掉電模式四種。模式由主控芯片通過(guò)軟件設置。芯片上電后，S3C2440 通過(guò)接口將配置數據送入芯片，設置收發(fā)模式、收發(fā)頻率、接收地址、發(fā)射功率、CRC 校驗和的長(cháng)度、有效數據的長(cháng)度等。傳輸中，只有地址，校驗和匹配的數據包才能被進(jìn)一步處理， 產(chǎn)生中斷信號。這時(shí)，S3C2440 讀取數據。在同一時(shí)刻nFR2401 只能處于接收或發(fā)送模式中的一種， 一般以接收模式為待機狀態(tài)。

　　1.2 nFR2401 與S3C2440 的接口設計

　　nFR2401 與S3C2440 的接口設計如圖1 所示。通過(guò)將S3C2440 芯片的GPD 口與nFR2401 連接。S3C2440 的GPD口為多功能口，主要是LCD 屏的接口。由于系統沒(méi)有顯示部分，所以將該口用作了nFR2401 的接口。系統工作時(shí)，無(wú)線(xiàn)通信一直處于工作狀態(tài)，所以將PWR_UP 引腳直接與VDD 相連。系統采用通道1，S3C2440 對nFR2401 采用查詢(xún)模式， 接收到上位機工作命令后， 只要nFR2401 的DR1 指示接收到數據，S3C2440 就通過(guò)CS、CE、DATA、CLK 讀取數據，并以文件的形式進(jìn)行存儲，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據發(fā)送給上位機。

　　圖1 系統框圖。

　　2 軟件設計

　　系統以L(fǎng)inux 作為操作系統。以S3C2440 為平臺使用Linux 操作系統，主要有U-boot 的移植，Linux 的移值，文件系統的編譯燒寫(xiě)等幾個(gè)步驟。U-boot 用于基本硬件的初始化和檢測、加載引導內核和文件系統的啟動(dòng)。下載U-boot-1.1.1 后，對相關(guān)文件進(jìn)行添加修改。配置其運行環(huán)境在S3C2440 核心板上， 然后編譯得到u-boot.bin 和內核映像封裝工具tools /mkimage. 引導程序boot.bin、U-boot 映像u-boot.ing 及其gzip 壓縮文件u-boot.gz 三個(gè)文件構成的完整的啟動(dòng)加載程序。內核的設置主要是裁減和添加， 裁減不用的驅動(dòng)程序和外設，添加需要的驅動(dòng)。

　　在Linux 操作系統下編程，分為用戶(hù)層和驅動(dòng)層。用戶(hù)層即為應用程序。應用程序負責數據的存儲和發(fā)送；驅動(dòng)程序負責對nFR2401 的連接引腳進(jìn)行操作。應用程序與驅動(dòng)程序通過(guò)庫和內核相連解決數據的傳遞和共享。

　2.1 nFR2401 驅動(dòng)軟件設計

　　設備驅動(dòng)程序即設備管理， 其目標是對所有外接設備進(jìn)行良好的讀、寫(xiě)、控制等操作。對硬件的使用留給應用程序。所以對設備進(jìn)行操作的系統調用和對文件的操作類(lèi)似，主要包括open（）、close（）、read（）、write（）、ioctl（）等。應用程序發(fā)出系統調用指令以后，會(huì )從用戶(hù)態(tài)轉換到內核態(tài)，通過(guò)內核將open（）這樣的系統調用轉換成對物理設備的操作。

　　驅動(dòng)程序任務(wù)包括自動(dòng)配置和初始化子程序和服務(wù)于I /O請求的子程序。針對不同的設備，驅動(dòng)程序分為：字符設備驅動(dòng)，塊設備驅動(dòng)，網(wǎng)絡(luò )接口驅動(dòng)。

　　字符設備以字節流訪(fǎng)問(wèn)設備，以字節為單位對其讀寫(xiě)。字符設備的驅動(dòng)程序實(shí)現了系統調運。應用程序以設備文件訪(fǎng)問(wèn)字符設備。通過(guò)register_chrdev（）或unregister_chrdev（）對字符設備進(jìn)行注冊和注銷(xiāo)。中斷申請用request_irq（）函數，釋放中斷用free_irq （） 驅動(dòng)程序中包含的結構和函數有：nf24_table 和nf24_cfg_table，定義的結構主要應用于對引腳的定義和功能的設置。函數有：

　　static int tq2440_nf24_open（struct inode *inode，struct file *file）

　　static int tq2440_nf24_read （struct file *filp，char __user *buf，

　　size_t len， loff_t *offp）

　　static int tq2440_nf24_ioctl（ struct inode *inode， struct file

　　*file， unsigned int cmd， unsigned long arg）

　　module_init（tq2440_nf24_init）；

　　module_exit（tq2440_nf24_exit）；

　　MODULE_AUTHOR（″cgq″）；

　　MODULE_LICENSE（″GPL″）；