基于A(yíng)RM Linux的電子控制油門(mén)設計

1.1　電控油門(mén)原理

　　工作時(shí)，由駕駛員發(fā)出轉速的控制指令，由節氣門(mén)開(kāi)度傳感器采集發(fā)動(dòng)機的轉速參數，并把信號輸入電控單元；電控單元將控制信號和反饋的節氣門(mén)位置信號進(jìn)行比較，根據比較的結果來(lái)驅動(dòng)執行器改變節氣門(mén)的開(kāi)度，使實(shí)際的開(kāi)度與控制開(kāi)度達到一致，從而實(shí)現車(chē)速的自動(dòng)控制。

1.2　舵機控制原理

　　舵機是一種位置（角度）伺服驅動(dòng)器，適用于那些角度需要不斷變化并可以保持的系統。S3003型舵機有3個(gè)引腳，分別為電源Vcc、地GND和控制線(xiàn)Signal?？刂菩盘栍蒘ignal通道進(jìn)入信號調制芯片，獲得直流偏置電壓[2]。它的內部有一個(gè)基準電路，產(chǎn)生周期為20 ms、寬度為15 ms的基準信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負輸出到電機驅動(dòng)芯片以決定電機的正反轉。當電機轉速一定時(shí)，通過(guò)級聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉，使得電壓差為0，電機停止轉動(dòng)。

　　控制線(xiàn)的輸入是一個(gè)寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20 ms（即頻率為50 Hz）。當方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度成正比。其輸出軸轉角與輸入脈沖寬度關(guān)系如圖1所示。

圖1　舵機輸出轉角與輸入脈沖寬度關(guān)系

2　系統設計

　　本系統采用三星公司的S3C2410和Futaba公司的S3003型舵機分別作為控制器和執行器，使用Linux操作系統，實(shí)驗平臺為濟南恒信有限公司的發(fā)動(dòng)機實(shí)驗平臺。

圖2　系統流程

2.1　系統設計流程

　　系統流程如圖2所示?？刂破鱏3C2410完成各項初始化工作，接收來(lái)自操作人員的cmd指令，根據cmd的值來(lái)進(jìn)行一系列的處理，包括停止執行器、旋轉多少角度等。然后通過(guò)節氣門(mén)開(kāi)度傳感器和轉速傳感器計算出等效的cmd值，并與cmd進(jìn)行比較以決定是進(jìn)行下一次cmd的判斷，還是調整執行器的角度。

2.2　設置Linux系統時(shí)鐘頻率

　　為了降低電磁干擾和降低板間布線(xiàn)要求，芯片外接的晶振頻率通常很低，通過(guò)時(shí)鐘控制邏輯的PLL提高系統時(shí)鐘[3]。在三星公司的S3C2410A手冊中列出了推薦的幾種時(shí)鐘頻率，這里我們選用輸出時(shí)鐘頻率FCLK=20280 MHz的配置，即PLL控制寄存器中的：MDIV=161(0xa1)、PDIV=3、SDIV=1。

　　在UBoot的board/smdk2410/smdk2410.c中進(jìn)行設置：

#define M_MDIV 0xA1

#define M_PDIV 0x3

#define M_SDIV 0x1

int board_init (void){

　　……

　　/* configure MPLL */

　　clk_power﹥MPLLCON = ((M_MDIV ﹤﹤ 12) + (M_PDIV ﹤﹤ 4) + M_SDIV);

　　……

}

　　在UBoot的cpu/arm920t/start.S中設置FCLK、HCLK、PCLK的比例：

　　/* FCLK:HCLK:PCLK = 4:2:1*/

　　ldrr0, =CLKDIVN

　　mov r1, #3

　　strr1, [r0]

　　由以上程序可知FCLK=202.80 MHz，HCLK=10140 MHz，PCLK=50.70 MHz，而S3C2410的PWM模塊使用的時(shí)鐘是PCLK，所以PWM的輸入時(shí)鐘為50.7 MHz。

2.3　舵機驅動(dòng)程序編寫(xiě)

2.3.1　使用udev來(lái)動(dòng)態(tài)建立設備節點(diǎn)

　　Linux 2.6系列的內核使用udev來(lái)管理/dev目錄下的設備節點(diǎn)。同時(shí)它也用來(lái)接替devfs及hotplug的功能，這意味著(zhù)它要在添加/刪除硬件時(shí)處理/dev目錄以及所有用戶(hù)空間的行為，包括加載firmware時(shí)。udev依賴(lài)于sysfs輸出到用戶(hù)空間的所有設備信息，以及當設備添加或者刪除時(shí)/sbin/hotplug對它的通知[4]。

　　為了udev能夠正常工作，一個(gè)設備驅動(dòng)程序要做的事情是通過(guò)sysfs將驅動(dòng)程序所控制設備的主設備號和次設備號導出到用戶(hù)空間。udev在sysfs中的/class/目錄樹(shù)中搜索名為dev的文件，這樣內核通過(guò)/sbin/hotplug接口調用它的時(shí)候，就能獲得分配給特定設備的主設備號和次設備號[5]。一個(gè)設備驅動(dòng)程序只需要使用class_create接口為它所控制的每個(gè)設備創(chuàng )建該文件。 linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）