基于嵌入式ARM Linux步进电机驱动程序的设计

摘要：本平台基于Samsung公司的友善之譬QQ2440V3开发板，它采用Samsung S3C2440为微可调电感处理器，Samsung S3C2440的内核为ARM920T，且采用Linux2．6．13内核作为它的操作系统。设计了硬件系统，并实现驱动程序对步进电机的控制，在QQ2440V3开发板上的实验结果表明驱动运行正常、稳定。这是实现激光雕刻的核心，为以后实现传能激光雕刻夯实了基础。
关键词：ARM；Linux；步进电机；驱动

0 引言
随着激光雕刻机的不断发展和改进，嵌入式Linux的激光雕刻机比CNC(Computer numerical control)激光雕刻的优势不断显现，它大幅度提高了处理能力，方便了设计开发，节约了成本，是未来经济型激光雕刻机发展的趋势。而嵌入式ARM(Advanced RISC Machines)Linux步进电机驱动是实现激光雕刻的核心。
嵌入式开发过程中，经常需要为特定设备开发驱动程序。这些驱动程序的编写和编译与PC上的Linux驱动开发相比存在明显的差异，需要考虑的因素较多，实现过程较为复杂。本文以Samsung公司的友善之譬S3C2440开发板为例，探讨如何使用嵌入式Linux开发字符设备驱动程序来驱动步进电动机。

1 硬件系统设计方案
控制系统由处理器、步进电机驱动器、步进电机3部分组成，如图1所示。

处理器用友善之譬QQ2440V3开发板，内核为ARM920T。步进电机驱动器采用北京和利时电机技术有限公司(原四通电机)的SH-20403。驱动器共有四路输入信号：公共、脉冲信号输入、方向信号输入和脱机信号输入。驱动器的输入信号既可以采用共阳极也可以采用共阴极接线方式，使用共阳极模式时，应将输入信号的电源正极连接到公共端，将输入信号连接到对应的信号端子，信号低电平有效，此时对应的内部光耦导通，控制信号输入驱动器中；对应共阴极模式时，将输入信号的电源负极连接到公共端，信号高电平有效，我们采用的是共阳极接法。
控制步进电机驱动器的时序如图2所示。

2 步进电机驱动系统设计
Linux内核结构体系可分为：应用程序、库函数、操作系统(内核)、驱动程序。在Linux操作系统中，驱动程序是操作系统内核与硬件设备的直接接口，驱动程序屏蔽了硬件的细节，驱动程序是内核的一部分，它具有以下功能：
对设备初始化和释放：比如向内核注册这个程序，这样应用程序传入文件名时，内核才能找到相应的驱动程序。
对设备进行管理，包括实时参数设置以及提供对设备的操作接口。
读取应用程序传送给设备文件的数据并回送给应用程序请求的数据。
检测是处理设备出现的错误。
如图3所示，应用程序通过Linux系统的调用实现与内核通信。由于Linux中将设备当做文件处理，所以对设备进行操作的调用和对文件操作的操作类似，主要包括open()、read()、write()、ioctl()、close()等接口函数。应用程序发出系统调用命令后，会从用户态转到内核态，通过内核将openO等的系统调用转换成对物理设备的操作。在Linux中通过分层实共模电感器现对物理设备的调用，这样使得内核的结构清晰，提高了模块化的独立性。

2．1 嵌插件电感器入式Linux设备驱动程序的框架
Linux系统设备分成三种基本类型：字符设备、块设备、网络设备。每个模块通常实现其中某一种：字符模块、块模块或网络模块。
嵌入式设备驱动整体可分以下两部分：
(1)硬件设备接口层。这部分主要描述驱动程序与设备的交互。
(2)驱动差模电感与内核接口层，它实现驱动模块在Linux内核的注册加载与卸除工作。
对于驱动程序与内核接口层，Linux提供了标准的入口点函数init_functionO；在通过模块化的设计方法设计驱动程序时，使用insmod加载核心模块时会调用本函数，通知内核对驱动程序进行注册。模块的卸除工作与加载工作类似，通过rmmod卸载模块时，调用cleanup_funct-ion0取消驱动程序的注册。
2．2 GPIO的步进电机驱动开发
GPIO(General Purpose Input Output)的步进电机驱动可以归类为Linux设备驱动的字符设备驱动，以下是开发它的一些具体步骤。

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