基于S3C2440嵌入式Linux的步进电机驱动程序

2011-10-24 21:16:05来源: 电子产品世界

     在嵌入式Linux开发过程中需要为指定设备编写和编译驱动程序,这与以往在PC机上的Linux驱动开发明显不同,本文设计了基于S3C2440嵌入式Linux下激光雕刻系统的步进电机驱动程序。

1 硬件系统的设计

   步进电机开环控制系统主要由中央控制器、步进电机驱动器、传感器以及步进电机四大部分组成。本系统采用基于ARM920t内核的S3C244 0A微处理器作为控制系统的中央控制器,该芯片主频400MHz,最高可达到533MHz,内含多种设备接口,存储器使用64MB的Nand Flash和64MB的SDRAM。图1所示为控制系统框图

 

步进电机开环控制系统框图

 

2 系统的工作原理

本系统主要控制两个两相混合式步进电机,分别代表X轴和Y轴带动传能光纤进行激光雕刻。系统采用8路I/O口进行脉冲输出,每4路接一个步进电机驱动器,通过功率放大后,进入步进电机的各项绕组。电机有半步、整步两种工作模式,整步模式的步距角为1.8°,半步模式的步距角为0.9°,整步一周共200步。如:半步模式的两步进电机正转脉冲为{0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,Oxcc,0x88,0x99};整步模式为{0x11,0x22,0x44,0x88,0x11,0x22,0x44,0x88},一个步进电机运作时,只对脉冲时序的高或低4位操作,另外4位为0。而改变脉冲的顺序,即可改变转动方向。在整个控制系统中,数据处理在Linux应用程序中完成,步进量传递给Linux驱动程序后,由驱动程序完成脉冲输出。通过软件来完成脉冲分配,可根据应用系统的需要,随时改变对步进电机的控制。

3 嵌入式Linux步进电机驱动程序的设计

Linux操作系统将所有的设备(而不仅是存储器里的文件)都看成文件,以操作文件的方式访问设备。应用程序不能直接操作硬件,而是使用统一的接口函数调用硬件驱动程序。设备驱动程序是操作系统内核和硬件之间的接口。Linux设备驱动与内核接口可分为三大方面:a.与系统启动代码的接口对设备进行初始化;b.与内核接口通过数据结构file.operrations来完成;c.与设备的接口对设备进行读写操作。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。而脉冲信号的频率和脉冲数是控制电机的两个重要方面。本系统步进电机4路脉冲输出由硬件地址0x28000006的bit0~bit3控制,bit0对应MOTOR A+,bit1对应MOTOR B+,bit2对应MOTOR_A-,bit3对应MOTOR_B-。这里针对整步模式下的步进电机进行脉冲分配信号,半步模式的步进电机正转导电状态时的控制顺序为A+_A+B+_B+_B+A-_A-_一A-B-_B-,整步模式的步进电机正转导电状态时的控制顺序为A+_B+_A-_B-。

因此在程序中需要通过编制脉冲分配信号来控制步进电机,并通过修改脉冲分配信号来实现对步进电机方向的控制。图2是用软件形成环形脉冲的流程图。

系统中的步进电机只响应应用程序传送给驱动的步进量和部分参数,只能顺序地进行控制操作,因此它可作为字符设备来进行驱动。在驱动程序中,需要提供几个操作函数的入口点,分别为open、read、write、ioet1等。而ioct1函数尤为重要,系统通过调用这个函数可以控制步进电机的转动。

在初始化函数中,会将驱动程序的file operations结构连同其主设备号一起向内核进行注册。对于字符设备使用以下函数进行注册:int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations*fops);其中,unsigned int major为定义的主设备号,const char*name为定义的设备名称,这里把设备名宏定义为stepper。file_operations*fops为定义的指针变量。申请控制步进电机的端口用以下函数进行调用:request_region(0x28000006, 1, const char*name);因为步进电机用到了I/O端口,而在S3C2440中操作端口要用虚拟地址而非实际的物理地址,因此要修改内核代码。修改文件内核源代码中间的smdk.c,该文件在linux/arch/arm/mach-s3c2440中,在结构体static struct map_descsmdk_io_desc[]中添加一行数组元素{0xd3000000,0x28000000,Ox01000000,DOMAIN_IO,0,1,0,0},则步进电机的物理地址0x28000006对应的虚拟地址为0xd3000006,在驱动程序中应对这个地址进行操作。

根据上面提到的步进电机的脉冲分配信号,定义它半步模式正转脉冲为:

unsigned char pulse_table[]=

{0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,Oxcc,0x88,0x99};

利用应用程序传递给stepper ioct1的参数arg来判断转动方向。编写ioctl函数用来接收应用程序对于步进电机的控制。以下是部分驱动程序代码:

 

 

设备卸载与前面提到的设备注册是相反的过程。当从系统中卸载一个模块时,主设备号要得到释放。这一操作可以调用以下函数进行模块清除:

int unregister_chrdev(unsigned int major,const char*name);

首先,编译步进电机模块,打开内核中drivers/char/Konfig文件,添加如下语句:

Config STEPPER_MODULE、tristate"stepper module"、depends on ARCH_S3C2440、help、stepper driver module。

在终端中运行命令make menuconfig,进入内核配置主菜单,在DeviceDriver→Character device菜单中看到刚才所添加的选项了,之后编译为模块方式。

其次,打开内核中drivers/char/Makefile文件,添加如下语句:

obj-$(CONFIG_STEPPER_MODELL)+=stepper_module.o

最后,回到内核源代码根目录位置,执行make modules,就可生成系统所需要的内核模块文件stepper module.ko了。至此,完成了步进电机模块驱动的编译。之后,便可使用insmod、rmmod命令分别对模块进行加载、卸载了。

4 结论

本文归纳了驱动程序开发的一般流程,并结合步进电机的驱动阐述了驱动程序的编写。与原有通过操作PC机来控制步进电机相比,本文是在Linux操作系统支持MMU的情况下完成了对步进电机的控制。

关键字:S3C244

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/1024/article_8688.html
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