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MPU3050是一款低功耗數(shù)字運動處理器，可以實現(xiàn)高性能陀螺儀功能，廣泛應用于移動設備、慣性導航和運動控制等領域。在Linux操作系統(tǒng)中，MPU3050的驅動程序是必不可少的，本文將對MPU3050 Linux驅動進行詳細介紹。
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一、MPU3050概述
MPU3050是InvenSense公司推出的一款運動處理器，具有高精度的陀螺儀和加速度計功能，功耗低、精度高、體積小，因此被廣泛應用于移動設備、導航儀、運動控制等領域。MPU3050采用SPI總線接口，并能夠輸出完整的測量數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)開發(fā)和應用。
二、MPU3050 Linux驅動架構
MPU3050在Linux操作系統(tǒng)中的驅動程序包括三個部分：硬件驅動、平臺驅動和設備驅動。
硬件驅動：負責與MPU3050之間的SPI通信。在Linux中，SPI設備通常由硬件設備驅動程序來實現(xiàn)，MPU3050在這里并沒有特殊之處。硬件驅動程序包括了通過SPI總線與MPU3050進行通信的底層代碼。
平臺驅動：提供了對設備進行配置和管理的接口，將MPU3050進行初始化、打開和關閉等操作。平臺驅動程序采用Linux中提供的Standard Linux Driver Model（LDM）框架實現(xiàn)，主要包括設備樹、設備模擬器和平臺數(shù)據(jù)。
設備驅動：負責解析MPU3050的測量數(shù)據(jù)并進行處理，將其轉換為用戶應用程序可以使用的格式。同時，設備驅動程序還負責與用戶空間應用程序進行通信，將測量數(shù)據(jù)傳輸給應用程序。
三、MPU3050 Linux驅動實現(xiàn)過程
1.硬件驅動
硬件驅動程序可以分為四個部分：設備初始化、IO操作函數(shù)、設備打開函數(shù)和設備關閉函數(shù)。設備初始化函數(shù)負責將MPU3050進行初始化，IO操作函數(shù)與MPU3050進行通信，設備打開和關閉函數(shù)則負責打開和關閉硬件設備。
2.平臺驅動
平臺驅動程序首先需要從設備樹中獲取MPU3050的相關信息，包括設備節(jié)點的名稱、傳輸速率和工作模式等。然后根據(jù)這些信息對MPU3050進行初始化，并將初始化結果返回給設備驅動程序。
設備模擬器提供了MPU3050的虛擬環(huán)境，用于測試MPU3050驅動程序的正確性。平臺數(shù)據(jù)則是在MPU3050驅動程序中使用的全局變量。
3.設備驅動
設備驅動程序需要實現(xiàn)若干個函數(shù)，包括設備驅動綁定函數(shù)、設備打開函數(shù)、設備關閉函數(shù)、設備控制函數(shù)和數(shù)據(jù)讀取函數(shù)。在設備驅動綁定函數(shù)中，將設備驅動程序與硬件設備和平臺驅動程序進行綁定。設備打開和關閉函數(shù)負責打開和關閉設備，設備控制函數(shù)用于控制MPU3050的工作模式和采樣速率等參數(shù)，數(shù)據(jù)讀取函數(shù)則讀取MPU3050的測量數(shù)據(jù)并進行解析和處理。
四、MPU3050 Linux驅動程序的應用
MPU3050 Linux驅動程序的應用可以分為兩個方面：設備驅動程序的調試和用戶空間應用程序的開發(fā)。
1.設備驅動程序的調試
設備驅動程序的調試是MPU3050 Linux驅動程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。在調試過程中，需要使用設備模擬器和開發(fā)板進行測試，包括測試設備打開和關閉功能、數(shù)據(jù)解析和處理功能等方面。
2.用戶空間應用程序的開發(fā)
用戶空間應用程序可以使用MPU3050 Linux驅動程序提供的API函數(shù)，獲取MPU3050的測量數(shù)據(jù)并進行處理和應用。用戶空間應用程序可以使用C語言或其他高級語言進行開發(fā)，例如Python、Java等。
五、
MPU3050 Linux驅動程序的實現(xiàn)和應用，是一個復雜而有趣的過程。在開發(fā)過程中，需要掌握Linux操作系統(tǒng)和SPI總線協(xié)議的相關知識，并熟悉設備驅動程序的開發(fā)流程和技巧。同時，需要進行大量的調試測試，確保MPU3050 Linux驅動程序的穩(wěn)定性和可靠性。
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在開始本教程之前，請注意演示項目準備需要以下內容:
在Intel SoC FPGA中，HPS邏輯與FPGA結構通過AXI（Advanced eXtensible Interface）橋進行連接。為了實現(xiàn)HPS邏輯與FPGA 結構的通信，需要通過使用Intel系統(tǒng)集成工具Qsys添加HPS組件來進行系統(tǒng)設計。從HPS組件的AXI主端口，HPS可以訪問那些連接到AXI主端口的內存映射從端口。
HPS包含空液襪以下HPS-FPGA AXI橋
下圖顯示了FPGA結構和L3與HPS互連的AXI橋的框圖。每個主(M)接口和從(S)接口顯示其數(shù)據(jù)寬度。括號中標注了每個互連的時鐘域。
HPS-to-FPGA橋由3級(L3)主開關控制，輕量級控制HPS-to-FPGA橋由L3從外圍從開關控制。
FPGA-to-HPS橋接控制L3主開關，允許任何在FPGA結構的主實現(xiàn)（implemented）去訪問在HPS中大多數(shù)從實現(xiàn)。
所有三個橋都包含全局程序員視圖GPV寄存器。GPV寄存器控制網(wǎng)橋的行為。通過輕量級的HPS-to-FPGA橋訪斗激問可以所有三個橋的GPV寄存器。
這個例程向用戶介紹了如何使用HPS/ARM與FPGA進行通信。這個與DE10-Standard板上ARM C程序配套的GHRD工程，演示了HPS/ARM程序如何控制連接到FPGA部分的紅色LED。
術語GHRD是黃金硬件參考設計（Golden Hardware Reference Design）的簡稱。友晶科技為DE10-Standard開發(fā)板提供的GRD項目位于CD文件夾中: CD-ROM\Demonstration\SOC_FPGA\ DE10_Standard_GHRD。
本項目由以下組成部分組成:
MPU所看到的SoC FPGA部分的系統(tǒng)外圍設備的內存映射從輕量級的HPS-to-FPGA到FPGA的基礎地址0xFF20_0000開始。MPU可以通過Qsys中的地址偏移來訪問這些外圍設備。用戶可以打開GHRD項目與Quartus II軟件。然后打開soc_system。qsys文件與qsys工具。下圖列出了連接到輕量級HPS-to-FPGA的外圍設備的地址映射。
這些外設的所有Avalon引出信號（ Avalon
Conduit
signals）都連接到DE10-Standard板上SoC FPGA的I/O引腳，如圖所示
在實際的應用過程中，友晶科技提供的DE10_Standard_GHRD工程并不是十分契合我們的開發(fā)需要，這可能包括外圍設備的冗余和不足。下面為了實現(xiàn)本教程開篇所定的目標，我們需要根據(jù)DE10_Standard_GHRD工程進行修改。其中友晶科技提供的DE10_Standard_GHRD工程實現(xiàn)的是LEDR0通過閃爍模擬板子的心跳，
LEDR1-9
按照一定頻率進行左移右移循環(huán)閃爍60次；我們的目標是LEDR0通過閃爍模擬板子的心跳，
LEDR1-8
按照一定頻率進行左移右移循環(huán)閃爍60次，
LEDR9
在LEDR1-8的每一次循環(huán)后閃爍一次?？梢钥闯?，我們只需要將DE10_Standard_GHRD工程中的LEDR9的設計進行更改就可以打到我們的目的。下面正式開始更改操作。
新建文件夾：
E:\work\Quartus\My_GHRD
，然后將DE10_Standard_GHRD工程目中的一下文件復制到工程目錄下埋薯：
因為其中的文件DE10_Standard_GHRD.v后面將會被指定為頂層文件，所以需要將其更改為與工程名My_GHRD相同的My_GHRD.v文件，同時為了與工程名保持協(xié)調，我們也將文件DE10_Standard_GHRD.sdc更改為與工程名My_GHRD相同的My_GHRD.sdc。最終工程目錄文件夾如下圖所示：
首先，建立一個名為：My_GHRD的工程。打開軟件Quartus Prime Standard Edition，點擊：File→New Project Wizard…，進入工程創(chuàng)建引導界面。
點擊引導界面下方的：Next，進入Directory, Name, Top-Level Entity設置界面。
點擊右側按鈕：…選擇你的工程目錄
E:/work/Quartus/My_GHRD
。之后設置工程名：
My_GHRD
。此時軟件將自動把頂層設計entity name設置為工程名：
My_GHRD
。繼續(xù)點擊：Next，進入Project Type設置界面。
在Project Type界面選擇：Empty Project選項，繼續(xù)點擊：Next，進入Add Files設置界面。
在Add Files設置界面，點擊右側按鈕：…，添加工程目錄下的文件：My_GHRD.v和soc_system.qsys以及文件夾hps_isw_handoff和ip下的所有文件進入工程。
然后點擊：Next，進入Family, Device & Board Settings設置界面。
在Family, Device & Board Settings設置界面，我們要設置我們所用的SoC FPGA型號：5CSXFC6D6F31C6N。為了能夠快速鎖定我們要選擇的SoC FPGA型號，我們可以點擊：Device下拉列表，選擇：Cyclone V SX Extended Features，以縮小選型范圍。
然后，選擇Available devices下的5CSXFC6D6F31C6。繼續(xù)點擊：Next，進入EDA Tool Settings設置界面。
在EDA Tool Settings設置界面下，我們保留默認設置。之后點擊：Fnish，完成工程創(chuàng)建，退出工程創(chuàng)建引導界面。
由于我們需要在DE10_Standard_GHRD工程的基礎上更改Qsys的設計來實現(xiàn)對LEDR9的單獨控制，所以我們需要在Qsys中添加一個1位的PIO端口來實現(xiàn)對LEDR9的控制，同時需要將原來用于同時控制LEDR0-9的10位PIO端口的改為9位的PIO端口。
依次點擊：Tools→Qsys，啟動Qsys，之后選中要打開的soc_system.qsys文件。
此時將彈出“ PIO(Parallel I/O) ”設置界面。將PIO的數(shù)據(jù)寬度Width設置為：1，數(shù)據(jù)輸入輸出方向Direction設置為：Output。最后點擊右下角的Finish按鈕退出設置。
現(xiàn)在，新的Qsys設計中將會出現(xiàn)我們新添加的PIO端口pio_0，我們可以對其進行重命名。光標移動到在端口名pio_0處，右鍵選擇“Rename”，重命名為：led_pio9。點擊空白處保存命名。
之后我們需要對led_pio9組件的信號進行連接，將光標放置到下圖中l(wèi)ed_pio9組件中clk信號所在行的白點處，點擊后可以將led_pio9組件中clk信號與clk_0組件的clk信號進行連接，可以表示為：led_pio9.clk—clk_0.clk。使用類似的操作，將led_pio9組件的其它信號分別與其它組件進行如下連接，最終的連接關系如下：
如下圖：
其中l(wèi)ed_pio9有一個信號led_pio9.external_connection需要進行對外引出。光標置于信號led_pio9.external_connection處右擊選擇：Connections:led_pio9.external_connection→Export as: led_pio9_external_connection。
到此，添加一個1位的PIO端口led_pio9的操作已經(jīng)完成。
接下來需要將原來控制LEDR0-9的數(shù)據(jù)寬度為10位的PIO端口led_pio更改為只用控制LEDR0-8的數(shù)據(jù)寬度為9位的PIO端口led_pio。雙擊組件led_pio，將數(shù)據(jù)寬度Width(1-32 bits)設置為：9，關閉Parameters窗口將自動保存更改。
現(xiàn)在，我們要為我們新添加的PIO端口led_pio9分配基地址，同時更新Qsys設計中其它組件的基地址。依次點擊：System→Assign Base Addresses。
可以看出，至此，我們需要在Qsys設計中做的更改已經(jīng)完成了?，F(xiàn)在，只要重新生成相應的HDL文件，更新Qsys設計就可以結束Qsys部分的設計了。但是后面對工程編譯時軟件將會輸出錯誤提示：
Error (10228): Verilog HDL error at soc_system_sysid_qsys.v(34): module “soc_system_sysid_qsys” cannot be declared more than once。
更令人遺憾的是，目前本人還沒有找到解決上述錯誤信息的辦法。有一個無奈的辦法就是：將Qsys設計中的soc_system_sysid_qsys組件刪除。這不會影響Qsys設計的功能，關于該組件功能的詳細介紹，讀者可以自行查找，此處不再贅述。
刪除soc_system_sysid_qsys組件的辦法是：將soc_system_sysid_qsys組件sysid_qsys的Use列方框中的“√”去掉。
之后進行Qsys設計中的文件生成工作。點擊右下角的Generate HDL…按鈕。
在彈出的“Generation”窗口中，確認Output Directory下Path所指定的生成文件的輸出目錄在工程目錄下。然后點擊Generate按鈕。
接下來會彈出“Save System Completed”窗口，點擊右下角的Close按鈕。
接下來會彈出的“Generate”窗口，等待幾分鐘，文件生成工作完成后，右下角的“Close”按鈕會高亮顯示。此時，點擊“Close”按鈕。
最后，又會退回到Qsys設計頁面，點擊右下角的Finish按鈕，退出Qsys設計。
在返回Quartus Prime Standard Edition主界面后，會提示我們把更新后的.qip和.sip文件重新手動添加到工程中來。點擊提示窗口右下角的Close按鈕。
現(xiàn)在，我們來手動添加更新后的.qip和.sip文件。右擊Project Navigator窗口中工程名：My_GHRD。點擊Settings…選項。
接下來會彈出Category界面，點擊右側的…按鈕。
此時會彈出Select File界面，在指定的目錄下找到生成的soc_system.qip文件并選中，然后點擊右下角的“打開”按鈕。
最后，可以在返回的Catagory界面中可以看到生成的soc_system.qip文件已經(jīng)被成功添加到工程中。
在上述界面中可以看到文件：hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v，這一組文件的定義了模塊：hps_reset。但是，由于 文件：hps_reset.qip和hps_reset.v這一組文件同樣也定義了模塊：hps_reset，所以hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v的加入會導致模塊：hps_reset的重復定義。
現(xiàn)在我們需要將文件：hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v進行移除。選中文件：hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v，點擊右側的Remove按鈕移除文件。最后，點擊右下角的OK按鈕退出該界面。
至此，工程My_GHRD中Qsys部分的設計已經(jīng)完成。接下來我們需要對工程中的硬件描述文件.v文件進行修改。其實，我們在DE10_Standard_GHRD工程的基礎上只用對My_GHRD中頂層實體文件My_GHRD.v中各個模塊的引腳及其連接關系進行描述即可。
在此之前，我們先指定我們的頂層實體文件My_GHRD.v。點擊Project Navigator窗口中Hierachy按鈕，會彈出下拉列表，我們點擊File選項。
找到工程中的My_GHRD.v，右擊選擇Set as Top-Level Entity。
我們雙擊Project Navigator窗口中工程名My_GHRD，此時軟件將會打開工程的頂層實體文件My_GHRD.v
對頂層實體文件My_GHRD.v的修改主要有以下各處：
之一，頂層實體模塊的命名須與工程名My_GHRD保持一致。
第二，在模塊soc_system u0中對新引出的PIO端口led_pio9_external_connection_export進行聲明?？梢园l(fā)現(xiàn)，我們聲明端口led_pio9_external_connection_export的同時需要為其指定一個wire類型的變量進行連接。對照led_pio_external_connection_export連接到wire類型的變量fpga_led_internal上，我們新定義了一個wire類型的變量fpga_led9_internal與端口led_pio9_external_connection_export進行連接。當然，wire類型的變量fpga_led9_internal可以理解為是一條導線，它的一端接到了模塊soc_system u0中對新引出的PIO端口led_pio9_external_connection_export上，兩外一端也是要為它連接適當?shù)亩丝诘?。我們新增端口led_pio9_external_connection_export的目的就是能夠對LED燈LEDR9進行控制，所以，不難想到，wire類型的變量fpga_led9_internal另一端一定是要連接到端口LEDR上面的。這樣，總體的更改就是下面這樣的：
現(xiàn)在，我們可以對工程My_GHRD進行編譯操作。首先是進行工程的分析與綜合，依次點擊：Processing→Start→Start Analysis & Synthesis。
工程的分析綜合通過后，主界面中左側的Tasks窗口下的Analysis & Synthesis欄前面會展示一個綠色的“√”，后面會顯示分析綜合所用的時間。
上面分析綜合成功后，下一步需要進行Fitter(Place & Route)，這里進行的是關于FPGA內部的布局布線操作。在此之前我們需要對我們模塊中設計的輸入輸出引腳進行引腳分配。引腳分配的方法有很多種，讀者可以自行學習。這里由于我們定義了大量的引腳，而且我們有現(xiàn)成的DE10_Standard_GHRD工程可以利用，我們只需將該工程里面的引腳分配信息轉移進入我們的My_GHRD工程就可以了。
我們現(xiàn)在打開DE10_Standard_GHRD工程。進入工程后，我們點擊：Assignments→Pin Planner，進入引腳分配界面。
在該界面下，點擊：File→Export…。
之后會彈出Export窗口。我們需要選擇我們要導出的文件格式為：.tcl。
然后，點擊右下角的Export按鈕。
最后，依次點擊引腳分配界面和DE10_Standard_GHRD工程界面右上角的關閉按鈕，退出DE10_Standard_GHRD工程。
我們現(xiàn)在已經(jīng)得到了我們需要的引腳分配文件DE10_Standard_GHRD.tcl，現(xiàn)在我們需要把它從DE10_Standard_GHRD工程目錄下復制到My_GHRD工程目錄下。為了與My_GHRD工程名保持一致，將其改名為：My_GHRD.tcl。
接下來，我們需要利用得到的引腳分配文件My_GHRD.tcl對工程My_GHRD中的引腳進行分配。點擊：Tools→Tcl Scripts…。
在彈出的Tcl Scripts窗口下，點擊右側的Add to Project…按鈕。
在彈出的Add to Project窗口下，選中我們的引腳分配文件My_GHRD.tcl，并點擊右下角的打開按鈕。
此時，軟件又自動退回到Tcl Scripts窗口下。在Libraries欄中找到我們的引腳分配文件My_GHRD.tcl，點擊下方的Run按鈕來加載我們的引腳分配文件。
在后面彈出的界面中點擊OK按鈕，退回到Tcl Scripts窗口。
最后點擊到Tcl Scripts窗口下方的Close按鈕退出到Tcl Scripts窗口，回到工程主界面。
此時，點擊主界面的：Assignments→Pin Planner進入引腳分配界面。
在引腳分配界面中，可以看到，引腳大部分已經(jīng)被分配完成，未分配的引腳暫時不用擔心它們，我們還沒有用到。
現(xiàn)在，我們開始對工程進行布局布線。點擊：Processing→Start→Start Fitter。
工程的布局布線通過后，主界面中左側的Tasks窗口下的Fitter(Place & Route)欄前面會展示一個綠色的“√”，后面會顯示布局布線所用的時間。
到此，基本上我們可以判斷在邏輯上我們的設計已經(jīng)沒有問題了，接下來我們是可以進行工程的全編譯了。但是，在實際的應用設計中我們還要考慮對信號的時序進行約束，尤其是具有 SDRAM DDR3這種高速存取器件的設計中。對于時序約束，我們可以利用DE10_Standard_GHRD工程中的時序約束文件：DE10_Standard_GHRD.sdc。同樣的，將其復制到My_GHRD工程目錄下，改名為：My_GHRD.sdc。
將時序約束文件添加進入工程，右擊Project Navigator窗口下的工程名：My_GHRD，點擊：Setting…按鈕。
接下來會彈出Category界面，點擊右側的…按鈕。
此時會彈出Select File界面，進入工程主目錄下，點擊右下角的文件類型選擇按鈕，選中：Script Files( * .tcl
.sdc
.pdc*.qip)一項。
下找到時序約束文件My_GHRD.sdc并選中，然后點擊右下角的“打開”按鈕。
最后，可以在返回的Catagory界面中可以看到時序約束文件：My_GHRD.sdc文件已經(jīng)被成功添加到工程中。依次點擊右下角的Apply按鈕和OK按鈕退出該界面。
此時已經(jīng)回到工程主界面，我們可以進行工程的全編譯了。點擊Processing→Start Compilation。
本節(jié)將介紹如何設計一個ARM C程序來控制PIO控制器led_pio。SoC EDS用于編譯C項目。為了讓ARM程序控制PIO組件led_pio，我們需要led_pio地址。使用Linux內置驅動程序’ /dev/mem ‘和mmap system-call可以將led_pio組件的物理基址映射到Linux應用軟件可以直接訪問的虛擬地址。
ARM C程序需要led_pio的組件信息，因為程序會嘗試控制組件。這部分將會描述如何使用一個給定的Linux shell批處理文件將Qsys HPS信息提取到一個頭文件中，這個頭文件稍后將包含在C程序中。
上面提到的批處理文件名為：generate_hps_qsys_header.sh。它與DE10_Standard_GHRD工程位于同一個文件夾中。現(xiàn)在，我們要為工程My_GHRD生成頭文件。首先，從DE10_Standard_GHRD工程目錄下復制文件：generate_hps_qsys_header.sh到My_GHRD工程目錄下。
接下來，使用記事本打開批處理文件：generate_hps_qsys_header.sh，確認文件中紅線標注的路徑下有應用程序：sopc-create-header-files.exe。其中，路徑：/cygdrive/d/…表示D盤…。如果該路徑下沒有上述應用程序，讀者需自行更改其中的路徑。
關于mpu3050linux驅動的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。
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當前名稱：MPU3050Linux驅動詳解(mpu3050linux驅動)
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