嵌入式數據采集系統中的ADS8364驅動(dòng)程序設計

數據采集系統的工作原理就是將被測對象（外部世界或現場(chǎng)）的各種參量（可以是物理量，也可以是化學(xué)量，生物量）通過(guò)各種傳感元件做適當轉換后，再經(jīng)信號調理、采樣、量化、編碼、傳輸等步驟，最后送到服務(wù)器進(jìn)行數據處理和存儲記錄的過(guò)程。用于數據采集的成套設備稱(chēng)為數據采集系統（Data Acquisition System，DAS）。

數據采集系統一般包括傳感器、放大器、濾波器、A/D采樣轉換電路、微處理器等元件。數據采集系統基本組成示意圖如圖1所示。A/D轉換電路在數據采集系統中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，它的轉換精度和工作可靠度直接關(guān)系著(zhù)整個(gè)采集系統的工作性能。由于篇幅有限，本文僅就該數據采集系統中的A/D轉換芯片ADS8364的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)過(guò)程加以概述。

圖1 數據采集系統組成示意圖

2 ADS8364的功能簡(jiǎn)介

ADS8364是美國TI公司生產(chǎn)的一種高速、低能耗、6通道同步采樣轉換、單+5V供電、16位高速并行接口的高性能模數轉換芯片。并帶有6個(gè)80dB共模抑制的全差分輸入通道以及6個(gè)4μs連續近似的模數轉換器、6個(gè)差分采樣／保持放大器[1]。 ADS8364的6個(gè)模擬輸入分為3組（A，B和C），每個(gè)輸入端都有一個(gè)ADCs保持信號以用來(lái)保證幾個(gè)輸入通道能同時(shí)進(jìn)行采樣和轉換，因此不同模擬輸入通道信號之間的相位差異得以保存。當3個(gè)保持信號同時(shí)被選通時(shí)，6個(gè)ADCs同步轉換，其轉換結果將保存在6個(gè)寄存器中。采樣頻率最高為 250KHz，抗噪性能好。

3 設備驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)的基本原理

設備驅動(dòng)程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口，它為應用程序屏蔽了硬件的細節，將應用程序對設備的操作轉化為對相應的設備文件的操作，使應用程序可以象操作普通文件一樣，用處理普通文件的標準系統調用來(lái)打開(kāi)、關(guān)閉和讀寫(xiě)設備。設備驅動(dòng)程序作為內核的一部分，主要完成如下功能：對設備進(jìn)行初始化和釋放；完成硬件與內核的數據交互；完成內核與應用層的數據交互；對可能出現的錯誤進(jìn)行檢測和處理。

在Linux系統中，打開(kāi)的設備在內核內部由設備文件結構標識，內核使用file_operations（文件操作）結構訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)程序的函數。每個(gè)文件都與自己的函數集相關(guān)聯(lián)（通過(guò)包含在設備中指向file_operations結構的指針實(shí)現），這些操作主要負責系統調用的實(shí)現。用戶(hù)進(jìn)程利用系統調用對設備文件進(jìn)行操作時(shí)，系統調用通過(guò)設備的主設備號找到相應的設備驅動(dòng)程序，然后讀取這個(gè)數據結構相應的函數指針，接著(zhù)把控制權交給該函數，這就是 Linux的設備驅動(dòng)程序工作的基本原理。由此可見(jiàn)，編寫(xiě)設備驅動(dòng)程序的主要工作就是編寫(xiě)file_operations中的子函數，完成對設備的操作。

為了實(shí)現設備的獨立性，Linux把設備分成三種類(lèi)型：字符設備（character device），塊設備（block device）和網(wǎng)絡(luò )設備（network device）[2]。每類(lèi)設備都有獨特的管理控制方式和不同的驅動(dòng)程序，這樣就可以把控制不同設備的驅動(dòng)程序與操作系統的其它部分分離開(kāi)來(lái)，不但便于對不同設備的管理，而且為系統中增加和撤銷(xiāo)某種設備提供了很多方便。在此，我們是把ADS8364看作字符設備來(lái)驅動(dòng)的，其驅動(dòng)程序就是字符設備驅動(dòng)程序。