??? 摘　要：利用神經元芯片CYC53120和S3C2410芯片，實現嵌入式平臺下LonWorks總線的運用；同時介紹嵌入式Linux 下設備驅動程序" title="設備驅動程序" target="_blank">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" title="設備驅動程序">設備驅動程序" 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??? 關鍵詞：嵌入式Linux；LonWorks；設備驅動

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??? LonWorks是美國Echelon公司1992年推出的局部操作網絡，最初主要用于樓宇自動化，但很快發展到工業現場網。LonWorks技術為設計和實現可互操作的控制網絡提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑，它協議完整、通信可靠，而且為用戶提供了功能強大的開發工具(LONBU ILDER，NODEBU ILDER)。
??? 在LonWorks現場總線設備的使用過程中，由于其設備驅動與操作系統的相關性，從而要求開發者在開發過程不僅實現硬件構成，更需要熟悉操作系統及設備驅動程序的制定。本文給出在ARM平臺下實現LonWorks總線設備的互聯，并在嵌入式Linux系統下，介紹LonWorks現場總線設備驅動程序的設計與實現。
1 LonWorks總線設備的構成
??? LonWorks技術的核心是神經元芯片(Neuron Chip)。該芯片內部裝有3個微處理器：MAC處理器完成介質訪問控制；網絡處理器完成OSI的3～6層網絡協議；應用處理器完成用戶現場控制應用。它們之間通過公用存儲器傳遞數據。同時神經元芯片共設置11個I/O口，這些I/O口可根據不同需求，利用Neuron C編程來靈活配置與外圍設備的接口，如RS232、并口、定時/計數、位I/O等。其芯片結構如圖1所示^[1]。

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??? 在本系統設計中，基于嵌入式ARM平臺下實現對LonWorks總線的訪問，設計原理是利用S3C2410芯片的SPI(Serial Peripheral Interface)接口^[2]與Neuron芯片來實現數據通信，其原理如圖2所示。

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??? SPI總線系統可直接與各個廠家生產的多種標準外圍器件直接接口，它有4條引腳：SSEL(從器件選擇線)、MOSI(主機輸出、從機輸入數據線)、MISO(主機輸入、從機輸出數據線)、SCK(同步串行時鐘線)。S3C2410包含2個SPI接口，本文利用SPI1與Neuron芯片CY7C53120相連。
2? Linux下設備驅動程序
??? 設備驅動程序是操作系統內核與機器硬件之間的接口。在Linux中，設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節，對應用程序而言，硬件設備只是一個設備文件，可以通過相應的系統調用像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。
??? Linux系統的設備分為字符設備(char device)、塊設備(block device)和網絡設備(network device)3種^[3-4]。字符設備是指存取時沒有緩存的設備；塊設備的讀寫則都有緩存來支持，只能以塊為單位進行讀寫，并且塊設備必須能夠隨機存取(random access) ；而Linux的網絡設備開發則主要基于BSD Unix的socket機制。本文要開發的Lonworks設備驅動程序是一個字符型的設備，其基本組成如圖3所示。

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??? Cleanup_module用以完成卸載設備時要做的工作，其設備卸載流程如圖5所示。

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??? (2)服務于I/O請求的子程序，又稱為驅動程序的上半部。應用程序可以通過系統來調用此部分程序。此部分程序在執行時，系統仍認為是與應用程序進程屬于同一個進程，具有進行此系統調用的用戶程序的運行環境，只是由用戶態變成了核心態，因而可以在其中調用sleep()等與進程運行環境有關的函數。
??? 此部分的設計主要是對file_operations結構的各個入口點的實現。從而實現了支持文件系統的調用(如open，close，read等)。file_operations結構是Linux操作系統中用于實現驅動程序的最重要的數據結構，對Linux提供I/O 請求的子程序的一系列入口點進行了封裝。下面給出用于Lonworks設備驅動的file_operations結構示例。
??? struct file_operations{
??? int(*lseek)(struct inode *inode，struct file *flip，off_t off，int pos)；
??? int(*read)(struct inode *inode，struct file *filp，char *buf，int count)；
??? int(*write)(struct inode *inode，struct file *filp，char *buf，int count)；
??? int(*ioctl)(struct inode *inode，struct file *filp，unsigned int cmd，unsigned int arg)；
??? int(*open)(struct inode *inode，struct file *filp)；
??? viod(*release)(struct inode *inode，struct file *filp)；
??? }
??? 由上可見file_operations 結構中的成員全部是函數指針，該結構實質上就是函數跳轉表。每個應用進程對設備的操作，都可以根據設備號，轉換成對file_operations 結構的訪問，通過調用相關函數完成具體操作。
??? (3)中斷服務子程序，又稱為驅動程序的下半部。在Linux系統中，并不直接從中斷向量表中調用設備驅動程序的中斷服務子程序，而是由Linux系統來接收硬件中斷，再由系統來調用中斷服務子程序。
??? 中斷可以在任何一個進程運行時產生，因而中斷服務程序的調用，不依賴于任何進程的狀態，即不能調用任何與進程運行環境有關的函數。在系統內部，I/O設備的存/取通過一組固定的入口點來進行，這組入口點是由每個設備的驅動程序提供的。對于本文涉及的LonWorks設備驅動，下面分析其作為字符型設備驅動程序所需用的常用入口點。
??? Lon_open(struct inode *inode，struct file *filp)入口點用以打開設備準備I/O操作。對字符設備文件進行打開操作，都會調用設備的open入口點。open子程序必須對將要進行的I/O操作做好必要的準備工作，如清除緩沖區等。Lon_release(struct inode *inode，struct file *filp)入口點用以關閉設備。當最后一次使用設備終結后，調用release子程序。
??? Lon_read(struct inode *inode，struct file *filp，char *buf，int count)入口點用以從設備上讀數據。可以利用所設定的緩沖區進行I/O操作，從緩沖區里讀數據。對設備進行讀操作將調用read子程序。相似的，Lon_write(struct inode *inode，struct file *filp，char *buf，int count)入口點用以往設備上寫數據。對設備進行寫操作將調用write子程序。
??? Lon_ioctl(struct inode *inode，struct file *filp，unsigned int cmd，unsigned int arg)入口點執行讀、寫之外的一些硬件控制操作，操作命令代碼通過cmd參數傳送，命令參數通過arg參數傳送。此函數也為功能擴展提供接口。
??? 實現了以上3部分，核心驅動模塊部分就完成了。對以上模塊進行編譯并加載后，Linux用戶可用mknod命令利用動態分配的主設備號建立相應的設備文件，并對它設置恰當讀寫權限后，就可以在應用程序中通過這個設備文件來操作LonWorks總線設備了。這樣做不僅使得應用程序編程風格更加統一，代碼更具魯棒性，應用系統更加安全更易于維護，而且可在核心級來保證關鍵部分的實時響應，從而降低用戶程序開發的難度。
??? 以上介紹了在ARM9平臺的嵌入式Linux2.6.x系統中實現Lonwork通信的一種方法，并在以武漢創維特公司的JXARM9-2410實驗箱為基礎擴展的硬件平臺上實驗完成。后期可在此基礎上，結合Linux在網絡通信中的特長，實現對Lonwork網絡的應用管理或與其他通信網絡的互連，有較好的實用性。
參考文獻
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[2]?SAMSUNG公司.S3C2410X RISC Microprocessor Reference Manual.2003.
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