蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

1、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)課程設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)： xxxxxxxxxxxxxx 班 級(jí)： xxxxxxxxx 學(xué) 號(hào)： xxxxxxxxx 姓 名： xxxx 設(shè)計(jì)題目： 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì) 2016年12月 目錄一.任務(wù)21.目標(biāo)22.環(huán)境23.需求:2二總體設(shè)計(jì)21.處理流程22.模塊介紹33.模塊接口設(shè)計(jì)34.各個(gè)模塊設(shè)計(jì)3三.PWM蜂鳴器字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)31.模塊設(shè)計(jì)31. 模塊介紹32. 模塊結(jié)構(gòu)圖42.接口設(shè)計(jì)41. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42. 驅(qū)動(dòng)程序接口43.函數(shù)設(shè)計(jì)41.初始化函數(shù)5 2. 字符設(shè)備打開(kāi)函數(shù)6 3. 字符設(shè)備關(guān)閉函數(shù)7 4. 模塊卸載函數(shù).85. 文件操作接口函數(shù)8四. PWM蜂鳴器字符設(shè)備驅(qū)

2、動(dòng)測(cè)試81. 調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)ioctl實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制85 tiny210開(kāi)發(fā)板調(diào)試.96 綜合設(shè)計(jì)總結(jié)與思考.101. 任務(wù)1.目標(biāo)：編寫(xiě)按鍵蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)與測(cè)試文件，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與tiny210-SDK開(kāi)發(fā)板的連接，利用函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器通過(guò)按鍵來(lái)啟動(dòng)與關(guān)閉。2.環(huán)境：軟件環(huán)境：windows 7 系統(tǒng)和VMware Workstation 軟件硬件環(huán)境：tiny210 開(kāi)發(fā)板 ， 內(nèi)核部分 Linux-3.0.8 ， 交叉編譯版本 arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp1Linux系統(tǒng)介紹： Linux是一種自由開(kāi)發(fā)源碼的類(lèi)Unix操作系統(tǒng)，存在這許多不同的Linux版本，

3、但它們都使用了Linux內(nèi)核。Linux可安裝在各種計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備中，比如手機(jī)、平板電腦、路由器、視頻游戲控制臺(tái)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、大型機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)。 Linux是一個(gè)領(lǐng)先的操作系統(tǒng)，世界上運(yùn)算最快的10臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的都是Linux操作系統(tǒng)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Linux這個(gè)詞本身只表示Linux內(nèi)核，但實(shí)際上人們已經(jīng)習(xí)慣了用Linux來(lái)形容整個(gè)基于Linux內(nèi)核，并且使用GNU工程各種工具和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作系統(tǒng)。Linux得名于天才程序員林納斯·托瓦茲。 tiny210開(kāi)發(fā)板中模塊介紹：PWM蜂鳴器模塊PWM(脈沖寬度調(diào)制)簡(jiǎn)單的講是一種變頻技術(shù)之一，是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變周期

4、來(lái)控制其輸出頻率。來(lái)看看我們實(shí)際生活中的例子，我們的電風(fēng)扇為什么扭一下按扭，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生變化；調(diào)一下收音機(jī)的聲音按鈕，聲音的大小就會(huì)發(fā)生變化。這些都是PWM的應(yīng)用，都是通過(guò)PWM輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行控制的。蜂鳴器的種類(lèi)和工作原理蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。   壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。  

5、; 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線(xiàn)圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。   有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的區(qū)別：這個(gè)“源”字是不是指電源，而是指震蕩源，即有源蜂鳴器內(nèi)有振蕩源而無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有振蕩源。有振蕩源的通電就可以發(fā)聲，沒(méi)有振蕩源的需要脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)才能發(fā)聲。3. 需求:要實(shí)現(xiàn)PC與tiny210開(kāi)發(fā)板的通信，要求在PC機(jī)上的VMware Workstation 軟件的Red Hat Enterprise Linux環(huán)境下編寫(xiě)程序，包含蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序和測(cè)試

6、文件。利用交叉編譯器arm-linux-gcc-4.5.1-v6-vfp1生成目標(biāo)文件，最后講目標(biāo)文件下載到開(kāi)發(fā)板，并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器根據(jù)按鍵的不同完成啟動(dòng)或者停止的操作。2 總體設(shè)計(jì)1. 處理流程：2. 模塊介紹：按鍵模塊：通過(guò)按鍵來(lái)操作蜂鳴器的啟動(dòng)與停止。蜂鳴器模塊：通過(guò)加載蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊到內(nèi)核，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。按鍵模塊：A. 正確驅(qū)動(dòng)主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)B. 實(shí)現(xiàn)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序C. 實(shí)現(xiàn)file-operation結(jié)構(gòu)D. 實(shí)現(xiàn)初始化函數(shù)，注冊(cè)字符設(shè)備E. 實(shí)現(xiàn)卸載函數(shù)，釋放字符設(shè)備F. 創(chuàng)建文件節(jié)點(diǎn)按鍵模塊：G. 正確驅(qū)動(dòng)住設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)H. 實(shí)現(xiàn)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序I. 實(shí)現(xiàn)file-oper

7、ation結(jié)構(gòu)J. 實(shí)現(xiàn)初始化函數(shù)，注冊(cè)字符設(shè)備K. 實(shí)現(xiàn)卸載函數(shù)，釋放字符設(shè)備L. 創(chuàng)建文件節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)：（1）beep.c#include<linux/init.h>#include<linux/module.h>#include<linux/fs.h>#include<linux/cdev.h>#include<linux/types.h>#include<asm/io.h>#include<asm/uaccess.h>static int beep_major=0;static dev_t beep_d

8、evno;static struct cdev beep_cdev;static int *pload=NULL;#define BEEPNUM 3static int str_len(char *str)int count=0;while(*str!='0')count+;str+;return count;ssize_t beep_read (struct file *fp, char _user *buff, size_t count, loff_t *fps)char string20="HELLO,EVERYONEn"int retur=0;pri

9、ntk("%sn",_FUNCTION_);retur=copy_to_user(buff,string,str_len(string)+1);return retur;ssize_t beep_write (struct file *fp, const char _user *buff, size_t count, loff_t *fps)char string100;int retur=0;printk("%s",_FUNCTION_);retur=copy_from_user(string,buff,count);printk("kern

10、al-> %sn",string);return retur;int beep_open(struct inode *nodep,struct file *fp)unsigned int value=0;printk("%sn",_FUNCTION_);pload=ioremap(0XE02000A0,16);/convert register physical address to virtual addressvalue=ioread32(pload);value&=0x1<<3;value&=0x1<<2;val

11、ue&=0x1<<1;value|=0x1<<0;iowrite32(value,pload);return 0;int beep_release(struct inode *nodep,struct file *fp)printk("%sn",_FUNCTION_);return 0;void beep_start(void)unsigned int value=0;value=ioread32(pload+1);/read data registervalue|=0x1<<0;iowrite32(value,pload+1);

12、void beep_stop(void)unsigned int value=0;value=ioread32(pload+1);/read data registervalue&=0x1<<0;iowrite32(value,pload+1);long beep_unlocked_ioctl(struct file *fp,unsigned int cmd,unsigned long param)printk("%sn",_FUNCTION_);switch(cmd)case 0:/beep stopbeep_stop();break;case 1:/

13、beep startbeep_start();break;return 0;static struct file_operations beep_ops=.open=beep_open,.release=beep_release,.read=beep_read,.write=beep_write,.unlocked_ioctl=beep_unlocked_ioctl;static void alloc_beep_dev_num(void) if(beep_major>0) beep_devno=MKDEV(beep_major,0); register_chrdev_region(bee

14、p_devno,BEEPNUM,"beep"); else alloc_chrdev_region(&beep_devno,0,BEEPNUM,"beep"); beep_major=MAJOR(beep_devno); printk("beep_major = %dn",beep_major);static void initial_cdev(void) cdev_init(&beep_cdev,&beep_ops); beep_cdev.owner=THIS_MODULE; beep_cdev.ops=&a

15、mp;beep_ops; beep_cdev.dev=beep_devno; beep_cdev.count=BEEPNUM; cdev_add(&beep_cdev,beep_devno,BEEPNUM);/register a cdev variable to linux kernelstatic int _init beep_init(void) printk("%sn",_FUNCTION_); alloc_beep_dev_num();/get device number initial_cdev();/initial and register cdev

16、variable return 0;static void _exit beep_exit(void) printk("%sn",_FUNCTION_);unregister_chrdev_region(beep_devno,BEEPNUM);cdev_del(&beep_cdev); return ;module_init(beep_init);module_exit(beep_exit);3. PWM蜂鳴器字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)1.蜂鳴器模塊介紹及結(jié)構(gòu)圖開(kāi)發(fā)板上蜂鳴器原理圖分析由原理圖可以得知，蜂鳴器是通過(guò)GPD0 IO口使用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)工作的，而GPD0口是一個(gè)復(fù)用的

17、IO口，要使用它得先把他設(shè)置成TOUT0 PWM輸出模式。GPD0參數(shù)要讓蜂鳴器發(fā)聲，需要兩大要素：將蜂鳴器接到正確的端口并且設(shè)置為輸出口，將端口設(shè)置為高電平要使蜂鳴器發(fā)聲，就是要讓GPD0作為輸出端，同時(shí)該端口要設(shè)為高電平。也就是說(shuō)GPD0設(shè)置為01為輸出，讓GPDDAT的最后一位設(shè)置為1則該端口就置成了高電平。2模塊代碼分析:2.1打開(kāi)設(shè)備模塊 int beep_open(struct inode *nodep,struct file *fp)unsigned int value=0;printk("%sn",_FUNCTION_);pload=ioremap(0XE0

18、2000A0,16);/convert register physical address to virtual addressvalue=ioread32(pload);value&=0x1<<3;value&=0x1<<2;value&=0x1<<1;value|=0x1<<0;iowrite32(value,pload);return 0;此函數(shù)實(shí)現(xiàn)了怎么去打開(kāi)設(shè)備，在設(shè)備文件上的第一個(gè)操作，并不要求驅(qū)動(dòng)程序一定要實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法。如果該項(xiàng)為NULL，設(shè)備的打開(kāi)操作永遠(yuǎn)成功。Open方法是驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)為以后的操作完成初始

19、化準(zhǔn)備工作的。在大部分驅(qū)動(dòng)程序中，open完成如下工作：初始化設(shè)備，標(biāo)明次設(shè)備號(hào)。2.2關(guān)閉設(shè)備模塊int beep_release(struct inode * fnode,struct file *fs) printk("%sn",_FUNCTION_); return 0;當(dāng)設(shè)備文件被關(guān)閉時(shí)調(diào)用這個(gè)操作。與open相仿，release也可以沒(méi)有，此處關(guān)閉函數(shù)為beep_release。Release方法的作用正好與open相反,它應(yīng)該：關(guān)閉設(shè)備。本驅(qū)動(dòng)程序要進(jìn)行讀和寫(xiě)。ssize_t beep_read (struct file *fp, char _user *bu

20、ff, size_t count, loff_t *fps)char string20="HELLO,EVERYONEn"int retur=0;printk("%sn",_FUNCTION_);retur=copy_to_user(buff,string,str_len(string)+1);return retur;ssize_t beep_write (struct file *fp, const char _user *buff, size_t count, loff_t *fps)char string100;int retur=0;print

21、k("%s",_FUNCTION_);retur=copy_from_user(string,buff,count);printk("kernal-> %sn",string);return retur;2.3 開(kāi)啟蜂鳴器void beep_start(void)unsigned int value=0;value=ioread32(pload+1);/read data registervalue|=0x1<<0;iowrite32(value,pload+1);2.4 關(guān)閉蜂鳴器void beep_stop(void)unsigne

22、d int value=0;value=ioread32(pload+1);/read data registervalue&=0x1<<0;iowrite32(value,pload+1);恢復(fù)GPD0口為IO口輸出功能，由原理圖可知直接給低電平可讓蜂鳴器停止工作。2.5 ioctl控制模塊long beep_unlocked_ioctl(struct file *fp,unsigned int cmd,unsigned long param)printk("%sn",_FUNCTION_);switch(cmd)case 0:/beep stopbe

23、ep_stop();break;case 1:/beep startbeep_start();break;return 0;應(yīng)用程序向設(shè)備發(fā)送命令，設(shè)備接受到命令并進(jìn)行解析，并做相應(yīng)的設(shè)置并啟動(dòng)設(shè)備工作或停止工作。如果輸入的參數(shù)大于0，就讓蜂鳴器開(kāi)始工作，不同的參數(shù)，蜂鳴器的頻率也不一樣。2.6 重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模塊在Linux字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中，有3種非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：Struct fileStruct inodeStruct file_operations Struct File代表一個(gè)打開(kāi)的文件。系統(tǒng)中每個(gè)打開(kāi)的文件在內(nèi)核空間都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的 struct file。它由內(nèi)核在打開(kāi)文件時(shí)

24、創(chuàng)建, 在文件關(guān)閉后釋放。重要成員：loff_t * fp/*文件讀寫(xiě)位置*/struct file_operations *fp Struct Inode用來(lái)記錄文件的物理上的信息。因此, 它和代表打開(kāi)文件的file結(jié)構(gòu)是不同的。一個(gè)文件可以對(duì)應(yīng)多個(gè)file結(jié)構(gòu), 但只有一個(gè)inode 結(jié)構(gòu)。 重要成員：dev_t：設(shè)備號(hào) struct file_operations一個(gè)函數(shù)指針的集合，定義能在設(shè)備上進(jìn)行的操作。結(jié)構(gòu)中的成員指向驅(qū)動(dòng)中的函數(shù), 這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)特別的操作, 對(duì)于不支持的操作保留為NULL。static struct file_operations beep_ops= .ope

25、n = beep_open, .release =beep_release, .read = beep_read, .write = beep_write, .unlocked_ioctl =beep_unlocked_ioctl,2.7 在linux 內(nèi)核中，字符設(shè)備使用 struct cdev 來(lái)描述。字符設(shè)備的注冊(cè)可分為如下3個(gè)步驟：分配cdev初始化cdev添加cdevStruct cdev的分配可使用cdev_alloc函數(shù)來(lái)完成。Struct cdev的初始化使用cdev_init函數(shù)來(lái)完成。struct cdev的注冊(cè)使用cdev_add函數(shù)來(lái)完成。2.8 設(shè)備注銷(xiāo)模塊stati

26、c void _exit beep_exit(void) printk("%sn",_FUNCTION_);unregister_chrdev_region(beep_devno,BEEPNUM);cdev_del(&beep_cdev); return ;此函數(shù)實(shí)現(xiàn)該混雜設(shè)備的注銷(xiāo)。4. 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)測(cè)試模塊和截圖1、模塊代碼：#include<stdio.h>#include<fcntl.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>int main(void) int fp=0;int

27、 i=0;fp=open("/dev/beep",O_RDWR,0x777);if(fp<=0)printf("fail in opening beep device filen");return 0;while(i<5)ioctl(fp,1,0);sleep(1);ioctl(fp,0,0);sleep(1);i+; close(fp); return 0; 測(cè)試程序解析：該測(cè)試程序先執(zhí)行打開(kāi)設(shè)備文件，往設(shè)備中寫(xiě)入命令和參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器的控制。蜂鳴器的開(kāi)啟與關(guān)閉間隔及蜂鳴器的頻率取決于往設(shè)備里寫(xiě)的命令與參數(shù)。運(yùn)行結(jié)果及截圖beep_open蜂鳴器開(kāi)始工作，beep_release蜂鳴器停止工作五