便攜式數據采集系統的設計

Linux設備驅動程序實現的功能包括驅動程序的注冊與注銷、設備的打開與釋放、設備的讀寫操作、設備的控制操作等。當用戶需要通過設備文件與硬件通信時，必須通過調用open、read、write、close、ioctl等系統函數實現，這些函數都由file_operations結構體的函數指針成員給出入口地址，file_operations結構體的每一個成員名都對應一個系統函數嗍。用戶進程利用系統調用在對設備文件進行諸如read、write操作時，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然后讀取該數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。因此，編寫設備驅動程序就是編寫file_operations數據結構的各個函數指針對應的各個函數，隨著Linux設備驅動程序的復雜程度越來越高，file operations結構體的成員數越來越多，但并不是每種設備的驅動程序都需要利用file_operations中的全部功能，大多數驅動程序只是利用其中一部分，對于驅動程序中無需提供的功能，只需將相應位的數值設為NULL。本系統將ADS8364作為字符型設備設計驅動程序，對于字符設備來說，file_operations結構體中要提供的主要入口有：打開設備文件open()、釋放設備文件release()、讀取A／D轉換的數據read()、啟動A／D轉換和選取A／D轉換的讀數通道號write()、A／D轉換參數快速設置ioctl()。
結合ADS8364與S3c24lO的接口電路，設計驅動程序時，采用中斷方式或者查詢方式讀取轉換數據。采用查詢方式在驅動程序中需將通用輸入輸出引腳GPF4設置成輸入模式，在應用程序中反復查詢GPF4的輸入狀態，當查詢到低電平時表明A／D轉換器完成一次轉換，此時可調用驅動程序中的read()函數讀取轉換結果；采用中斷方式需在驅動程序中將GPF4設置中斷方式，將中斷觸發方式設置下降沿觸發，ADS8364產生的EOC信號觸發Linux系統的外中斷EINT4，應用程序只需打開ADS8364所對應的設備文件，并采用write()函數啟動相應通道開始轉換，然后由驅動程序中的中斷服務函數將數據存放到一個全局變量中，應用程序通過read()函數讀取數據，因此，利用中斷方式采集數據速度更高、讀數控制更簡單。圖4為采用中斷方式的程序流程。

5 測試結果
該系統已應用于某油田的井口多參數采集裝置，前端分別接壓力、流量、流速、溫度等傳感器，用來測量采油井井口的多種參數。經測試，該系統與傳統的基于單片機的多參數測量裝置相比，具有界面美觀，易操作，精度高，可方便利用存儲卡或U盤存儲重要設置參數、系統運行狀態的數據和測量數據，便于使用者管理和維修等優點。表1為該系統設計所測量值與實際值的對比情況。

從表1看出，該系統的測量誤差很小，其中所測量的多個電壓點，相對誤差都小于O．08％，這樣的精度可滿足數據采集應用需求。

6 結束語
本文提出的基于嵌入式Linux技術的便攜式數據采集系統，與傳統的單片機或DSP技術實現的數據采集系統相比較，具有功耗低、體積小、用戶操作界面友好、采集精度高、便于擴展升級等優點。ARM的片上資源豐富，Linux操作系統的功能強大，該系統通過外接不同傳感器可實現多種參數采集，利用系統的豐富GPIO接口編程設計多個外部設備控制動作，完成多通道PWM輸出。該系統在石油鉆采、工廠自動化等領域具著廣泛的應用前景。