舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序編寫 - 基于三星S3C2410的ARM-Linux電子控制油門設(shè)計(jì)

　　2.3　舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序編寫

　　2.3.1　使用udev來動(dòng)態(tài)建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)

　　Linux 2.6系列的內(nèi)核使用udev來管理/dev目錄下的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。同時(shí)它也用來接替devfs及hotplug的功能，這意味著它要在添加/刪除硬件時(shí)處理 /dev目錄以及所有用戶空間的行為，包括加載firmware時(shí)。udev依賴于sysfs輸出到用戶空間的所有設(shè)備信息，以及當(dāng)設(shè)備添加或者刪除時(shí) /sbin/hotplug對(duì)它的通知［4］。

　　為了udev能夠正常工作，一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序要做的事情是通過sysfs將驅(qū)動(dòng)程序所控制設(shè)備的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)導(dǎo)出到用戶空間。udev在sysfs 中的/class/目錄樹中搜索名為dev的文件，這樣內(nèi)核通過/sbin/hotplug接口調(diào)用它的時(shí)候，就能獲得分配給特定設(shè)備的主設(shè)備號(hào)和次設(shè)備號(hào)［5］。一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序只需要使用class_create接口為它所控制的每個(gè)設(shè)備創(chuàng)建該文件。

　　使用class_create函數(shù)創(chuàng)建class結(jié)構(gòu)，這段代碼在sysfs中的/sys/class下創(chuàng)建一個(gè)目錄，目錄中創(chuàng)建一個(gè)新的“pwm”的 class類以容納通過sysfs輸出的驅(qū)動(dòng)程序的所有屬性。其中的一個(gè)屬性是dev文件條目，它由class_device_create（）創(chuàng)建—— 它觸發(fā)了用戶空間udev守護(hù)進(jìn)程創(chuàng)建/dev/pwm設(shè)備節(jié)點(diǎn)。代碼如下所示：

　　static struct class * pwm_class;

　　pwm_class = class_create（THIS_MODULE， “pwm”）;

　　if（IS_ERR（pwm_class））{

　　printk（KERN_ERR “Error creating pwm class.\\n”）;

　　goto error;

　　}

　　當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序發(fā)現(xiàn)一個(gè)設(shè)備并且已經(jīng)分配了一個(gè)次設(shè)備號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒄{(diào)用class_device_create函數(shù)：

　　class_device_create（pwm_class， NULL， MKDEV（device_major， 0）， NULL， “pwm”）;

　　這段代碼在/sys/class/pwm下創(chuàng)建一個(gè)子目錄pwmN，這里N是設(shè)備的次設(shè)備號(hào)。在這個(gè)目錄中創(chuàng)建一個(gè)文件dev，有了這個(gè)udev就可以在/dev目錄下為該設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

　　當(dāng)設(shè)備與驅(qū)動(dòng)程序脫離時(shí)，它也與分配的次設(shè)備號(hào)脫離，此時(shí)需要調(diào)用class_device_destroy（struct class *cls， dev_t devt）函數(shù)刪除該設(shè)備在sysfs中的入口項(xiàng)：

　　class_device_destroy（pwm_class， MKDEV（device_major， 0））。

　　2.3.2　配置PWM的輸出頻率

　　先使用Linux系統(tǒng)提供的系統(tǒng)函數(shù)來獲取時(shí)鐘pclk：

　　clk_p = clk_get（NULL， “pclk”）;

　　pclk = clk_get_rate（clk_p）;

　　由S3C2410數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，經(jīng)過預(yù)分頻器和時(shí)鐘分頻器之后，計(jì)算定時(shí)器0的輸入時(shí)鐘頻率為clkin=（pclk/{prescaler0+1} /divider value）；再通過16位的定時(shí)器0計(jì)數(shù)寄存器TCNTB0、和定時(shí)器0比較計(jì)數(shù)器TCMPB0（它們的值分別用tcnt和tcmp表示）分頻，這樣就可以從引腳Tout0處得到合適的PWM波形信號(hào)了，其周期為T=tcnt/clkin，高電平周期為Th= tcmp/clkin。

　　已知pclk=50.7 MHz，令

　　MAX=（prescale0+1）×（divider value）（1）

　　則有clkin=pclk/MAX；可以取tcnt=pclk/date；又因?yàn)閠cnt為16位，所以tcnt≤65 535，這樣可以直接消去pclk中的507；而系統(tǒng)需要T=20 ms的周期，先提取出系數(shù)50，即：

　　tcnt=pclk/（date×50）=1 014 000/date（2）

　　得出MAX=date≥16，prescaler0的取值范圍為0～255，divider value的可取值為1、2、4、16。

　　要求的PWM波形周期為20 ms，正電平寬度為0.5～2.5 ms，20 ms/0.5 ms=40，所以：

　　tcmp=tcnt/40+（cmd-1）×tcnt/（40×N）（3）

　　其中tcmp和tcnt均為整數(shù)；N即為細(xì)分系數(shù)，它表示cmd加1時(shí)舵機(jī)將旋轉(zhuǎn)（45/N）°；cmd是要輸入的控制參數(shù)，用它來控制舵機(jī)的角度。

　　由式（1）~（3），以及tcmp和tcnt盡量取整數(shù)以減小誤差的原則，MAX=date=可取16、20、25。

　　3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　理論上，細(xì)分系數(shù)N取值越大、執(zhí)行器的動(dòng)作越精確越好，但過大的細(xì)分系數(shù)會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行器的命令對(duì)cmd的響應(yīng)變慢。因此，N的取值應(yīng)該根據(jù)執(zhí)行器到節(jié)氣門閥的距離來綜合考慮，取細(xì)分系數(shù)N=5即使用公式：tcmp=tcnt（cmd+4）/200，最小角度為（45/5）=9，足以滿足實(shí)驗(yàn)的需要。

　　采用實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)MAX=date=16、20、25分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并使用示波器進(jìn)行觀察根據(jù)寄存器的取整特性來對(duì)MAX=date的值進(jìn)行綜合的考量。結(jié)果如表1~表3所列。其中cmd為輸入指令，err為誤差，Wh為高電平寬度，~Wh為實(shí)際的高電平寬度。

　　表1　MAX=date=16，tcnt=63375， clkin=3168750時(shí)的結(jié)果

　　表2　MAX=date=20，tcnt=50700， clkin=2535000時(shí)的結(jié)果

　　表3　MAX=date=25，tcnt=40560， clkin=2028000時(shí)的結(jié)果

　　由以上數(shù)據(jù)可以看出取MAX=date=20時(shí)，誤差最小。由式（4）可知，prescale0+1=20、10、5對(duì)應(yīng)的divider value=1、2、4。

　　結(jié)語

　　利用ARM鎖相環(huán)所產(chǎn)生的高頻率可以獲得更精細(xì)的PWM波，從而對(duì)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)更精確的控制來達(dá)到油門精確控制的目的。本文從理論和實(shí)踐兩方面實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)角度為9的控制，要想獲得更細(xì)分的角度，只需將N的值取大。如N=15，可獲得的最小控制角度為（45/15）=3；N=45，可獲得的最小控制角度為（45 /45）=1。