驱动程序设计开发 - 基于嵌入式Linux的机房信息视频监测系统

3 驱动程序设计开发

在搭建好嵌入式Linux 系统平台基础上，进行机房远程监测系统数据采集相关开工作。主要包括温度数据采集和图像采集驱动程序的设计和采集程序的设计与实现。设备驱动程序是操作系统内核与机器硬件之间的接口，它为应用程序屏蔽了硬件的细节。

3. 1 DS18B20 驱动程序设计

DS18B20 通过温度对振荡器的频率影响来测量温度，而传感器对温度的采集则由ARM 控制DS18B20完成。由于DS18B20 采用单总线数据传输方式，所以ARM 芯片对DS18B20 的每步操作都要保证特定的读写时序，按照单总线的操作协议来进行。

首先初始化总线，跳过Rom（ 总线上只有一个DS18B20） ，启动DS18B20 进行温度转换，复位，继续跳过Rom，发读温度指令，读取温度数据，最后进行温度的进一步处理及转换。温度采集驱动中用到的主要函数：

（ 1） 初始化函数unsigned char DS18B20 Init （ void） ，此函数复位DS18B20 数据线，检测温度传感器DS18B20 的存在，主CPU 发送500 微秒的低电平信号后释放，检测到总线上脉冲的上升沿后，DS18B20 等待50 微秒，发出200 微秒低脉冲，CPU 收到此信号表示复位成功。

（ 2） void DS18B20 WriteOneByte（ unsigned char data） 或数据到温度芯片DS18B20，即发送一个字节。

（ 3） unsigned char DS18B20 ReadOneByte（ void） ，从温度芯片DS18B20 读配置或数据，即读一个字节。

（ 4） unsigned int DS18B20 ReadTemperature（ void） 读温度函数。如果电路中只有一个DS18B20，则不需要多个器件的ID 识别，直接进行温度转换，DS18B20 温度转换需要时问，所以此处需要延时一定时间。

其基本处理流程如图2 所示。

驱动程序与硬件设备的接口由file_operation 结构定义，其结构如下：

statIC struct file_operations s3c2440_18b20_fops = {

. owner = THIS_MODULE，

. open = s3c2440_18b20_open，

. read = s3c2440_18b20_read，

. write = s3c2440_18b20_write，

. release = s3c2440_18b20_release，

} ;

struct file_operations 这个结构的每一个成员都对应一个_系统调用，用户进程利用系统调用对设备文件进行操作，系统调用通过设备文件的主设备号找到相应的设备驱动程序，读取这个数据结构里面相应的函数指针，把控制权交给该函数。

3. 2 ZC0301 摄像头视频采集程序设计

Video4linux 是Linux 内核里支持影像设备的一组API，配合适当的采集卡与相关驱动程序，可以实现视频采集。驱动视频采集设备完成视频采集和处理，需要相应的驱动程序和视频流采集程序。视频采集程序的内容主要包括摄像头的初始化、打开、关闭、参数设置以及数据读取等。

Video4linux 视频采集的实现过程如下：

（ 1） 初始化程序，包括打开视频设备文件，读取视频采集设备信息以及设备缓冲区信息等； 初始化摄像头参数主要通过init_videoIn 函数来完成。

（ 2） 打开视频采集设备。初始化工作完成后，通过V4L_open 函数检查摄像头设备是否加载，如能够检测到摄像头设备，使用open 系统调用以只读的方式打开视频设备。

（ 3） 获取视频设备信息和图像信息。通过调用设备I /O 通道管理函数ioctl 中的VIDIOCGCAP 参数获取视频采集设备的名称、类型、通道数、图像宽度和高度等信息参数，调用ioctl 函数中的VIDIOCGPICT 参数读取视频采集设备缓冲video_picture 信息。

（ 4） 视频采集。在V4L 体系下，采用内存映射方式采集视频。内存映射方式视频读取的具体操作如下：

①首先使用ioctl 系统调用VIDOOCGMBUF 命令获取摄像头存储缓冲区的帧信息，之后初始化video_mbuf，修改video_mmbuf 设置。

②映射设备文件到内存。

③截取图像，有单帧截取和连续帧截取两种方式。进行单帧截取需先准备内存空间； 然后调用ioctl 函数的VIDIOCMCAPTURE 命令，以非阻塞形式开始一帧图像截取； 接着调用ioctl（ fd，VIDIOCSYNC，＆frame）函数判断该帧是否截取完毕； 最后就可将图像数据写入到Frame Buffer 中。若进行连续帧截取，则需通过循环语句中，使用VIDIOCMCAPTURE 和VIDIOCSYNC 函数判断是否完成截取，并给采集到的每帧图像赋地址。

（ 5） 关闭摄像头。视频采集完成以后，最后的工作是关闭视频采集设备。以内存映射的方法获取视频数据，需要在视频采集任务完成之后关闭内存映射，然后调用close_v4l 函数关闭视频设备。关闭视频设备需要判断视频获取方式： 如是内存映射方式，则通过munmap 函数。