在嵌入式Linux開發(fā)過程中需要為指定設備編寫和編譯驅(qū)動程序,，這與以往在PC機上的Linux驅(qū)動開發(fā)明顯不同,，本文設計了基于S3C2440嵌入式Linux下激光雕刻系統(tǒng)的步進電機驅(qū)動程序。

1 硬件系統(tǒng)的設計

步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)主要由中央控制器,、步進電機驅(qū)動器,、傳感器以及步進電機四大部分組成。本系統(tǒng)采用基于ARM920t內(nèi)核的S3C244 0A微處理器作為控制系統(tǒng)的中央控制器,，該芯片主頻400MHz,，最高可達到533MHz，內(nèi)含多種設備接口,，存儲器使用64MB的Nand Flash和64MB的SDRAM,。圖1所示為控制系統(tǒng)框圖。

2 系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)主要控制兩個兩相混合式步進電機,，分別代表X軸和Y軸帶動傳能光纖進行激光雕刻,。系統(tǒng)采用8路I/O口進行脈沖輸出，每4路接一個步進電機驅(qū)動器,，通過功率放大后,，進入步進電機的各項繞組。電機有半步,、整步兩種工作模式,，整步模式的步距角為1.8°,，半步模式的步距角為0.9°，整步一周共200步,。如：半步模式的兩步進電機正轉脈沖為{0x11,，0x33，0x22,，0x66,0x44,，Oxcc，0x88,，0x99};整步模式為{0x11,，0x22，0x44,，0x88,，0x11，0x22,0x44,0x88},，一個步進電機運作時,，只對脈沖時序的高或低4位操作，另外4位為0,。而改變脈沖的順序,，即可改變轉動方向。在整個控制系統(tǒng)中,，數(shù)據(jù)處理在Linux應用程序中完成,，步進量傳遞給Linux驅(qū)動程序后，由驅(qū)動程序完成脈沖輸出,。通過軟件來完成脈沖分配，可根據(jù)應用系統(tǒng)的需要,，隨時改變對步進電機的控制,。

3 嵌入式Linux步進電機驅(qū)動程序的設計

Linux操作系統(tǒng)將所有的設備(而不僅是存儲器里的文件)都看成文件，以操作文件的方式訪問設備,。應用程序不能直接操作硬件,，而是使用統(tǒng)一的接口函數(shù)調(diào)用硬件驅(qū)動程序。設備驅(qū)動程序是操作系統(tǒng)內(nèi)核和硬件之間的接口,。Linux設備驅(qū)動與內(nèi)核接口可分為三大方面：a.與系統(tǒng)啟動代碼的接口對設備進行初始化;b.與內(nèi)核接口通過數(shù)據(jù)結構file.operrations來完成;c.與設備的接口對設備進行讀寫操作,。

步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。而脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)是控制電機的兩個重要方面,。本系統(tǒng)步進電機4路脈沖輸出由硬件地址0x28000006的bit0～bit3控制,，bit0對應MOTOR A+，bit1對應MOTOR B+,，bit2對應MOTOR_A-,，bit3對應MOTOR_B-,。這里針對整步模式下的步進電機進行脈沖分配信號，半步模式的步進電機正轉導電狀態(tài)時的控制順序為A+_A+B+_B+_B+A-_A-_一A-B-_B-,，整步模式的步進電機正轉導電狀態(tài)時的控制順序為A+_B+_A-_B-,。

因此在程序中需要通過編制脈沖分配信號來控制步進電機，并通過修改脈沖分配信號來實現(xiàn)對步進電機方向的控制,。圖2是用軟件形成環(huán)形脈沖的流程圖,。

系統(tǒng)中的步進電機只響應應用程序傳送給驅(qū)動的步進量和部分參數(shù)，只能順序地進行控制操作,，因此它可作為字符設備來進行驅(qū)動,。在驅(qū)動程序中，需要提供幾個操作函數(shù)的入口點,，分別為open,、read、write,、ioet1等,。而ioct1函數(shù)尤為重要，系統(tǒng)通過調(diào)用這個函數(shù)可以控制步進電機的轉動,。

在初始化函數(shù)中,，會將驅(qū)動程序的file operations結構連同其主設備號一起向內(nèi)核進行注冊。對于字符設備使用以下函數(shù)進行注冊：int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,，struct file_operations*fops);其中,，unsigned int major為定義的主設備號，const char*name為定義的設備名稱,，這里把設備名宏定義為stepper,。file_operations*fops為定義的指針變量。申請控制步進電機的端口用以下函數(shù)進行調(diào)用：request_region(0x28000006, 1, const char*name);因為步進電機用到了I/O端口,，而在S3C2440中操作端口要用虛擬地址而非實際的物理地址,，因此要修改內(nèi)核代碼。修改文件內(nèi)核源代碼中間的smdk.c,，該文件在linux/arch/arm/mach-s3c2440中,，在結構體static struct map_descsmdk_io_desc[]中添加一行數(shù)組元素{0xd3000000，0x28000000,，Ox01000000,，DOMAIN_IO，0,，1,，0，0},，則步進電機的物理地址0x28000006對應的虛擬地址為0xd3000006,，在驅(qū)動程序中應對這個地址進行操作,。

根據(jù)上面提到的步進電機的脈沖分配信號，定義它半步模式正轉脈沖為：

unsigned char pulse_table[]=

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

利用應用程序傳遞給stepper ioct1的參數(shù)arg來判斷轉動方向,。編寫ioctl函數(shù)用來接收應用程序?qū)τ诓竭M電機的控制,。以下是部分驅(qū)動程序代碼：

設備卸載與前面提到的設備注冊是相反的過程。當從系統(tǒng)中卸載一個模塊時,，主設備號要得到釋放,。這一操作可以調(diào)用以下函數(shù)進行模塊清除：

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

首先，編譯步進電機模塊,，打開內(nèi)核中drivers/char/Konfig文件,，添加如下語句：

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

在終端中運行命令make menuconfig,，進入內(nèi)核配置主菜單，在DeviceDriver→Character device菜單中看到剛才所添加的選項了,，之后編譯為模塊方式,。

其次，打開內(nèi)核中drivers/char/Makefile文件,，添加如下語句：

obj-$(CONFIG_STEPPER_MODELL)+=stepper_module.o

最后,，回到內(nèi)核源代碼根目錄位置，執(zhí)行make modules,，就可生成系統(tǒng)所需要的內(nèi)核模塊文件stepper module.ko了。至此,，完成了步進電機模塊驅(qū)動的編譯,。之后，便可使用insmod,、rmmod命令分別對模塊進行加載,、卸載了。

4 結論

本文歸納了驅(qū)動程序開發(fā)的一般流程,，并結合步進電機的驅(qū)動闡述了驅(qū)動程序的編寫,。與原有通過操作PC機來控制步進電機相比,，本文是在Linux操作系統(tǒng)支持MMU的情況下完成了對步進電機的控制。