高清视频监控中的I2C总线云台电机控制设计

图2 I2c驱动架构图

（2）云台电机驱动设计

根据Linux2.6.32的驱动分层设计，驱动的第一层和第二层在Linux-2.6.32中以及集成了成熟驱动，分别位于Linux源代码目录下的\drivers\i2c\i2c-core.c和\drivers\i2c\busses\davinci.c中，本文重点讲述第三层和第四层驱动程序的设计。

驱动设计采用字符设备方式来实现，motor_I2C_devInit（）和motor_I2C_devExit（）实现驱动的初始化以及退出，初始化最后调用cdev_add（）实现字符设备的添加，添加过程中通过完善file_operations的结构体，填充了。open = I2C_devOpen， .release = I2C_devRelease，。ioctl = I2C_devIoctl三个结构体变量，这三个用户空间接口驱动函数，完成注册后，用户空间可以采用文件读写的方式来操作I2C设备了，I2C_devOpen函数实现打开字符设备，I2C_devRelease函数实现关闭字符设备，I2C_devIoctl是实现和硬件设备实现数据传输的最重要函数，主要实现设备加载、数据读取和数据写入，从而完成用户空间和驱动程序以及硬件设备的数据交换，具体实现如图3所示。

下面通过I2C_devIoctl介绍这三个函数的实现过程，命令I2C_CMD_SET_DEV_ADDR实现地址设置，I2C_CMD_READ实现数据读取，I2C_CMD_WRITE实现数据写入，最终分别调用，其中I2C_create实现I2C设备加载，I2C_read实现I2C设备数据读取，I2C_write实现I2C设备数据写入，其中I2C_create利用i2c_add_driver调用i2c_probe，最终调用i2c_set_clientdata加载I2C从设备，I2C_read和I2C_write利用i2c_transfer函数调用master_xfer实现数据的读取和写入，具体实现过程如图3所示，其中I2C_devIoctl实现部分代码如下：

int I2C_devIoctl（struct inode *inode， struct file *filp， unsigned int cmd， unsigned long arg） {

switch（cmd） {

case I2C_CMD_SET_DEV_ADDR://I2C设置地址设置

filp->private_data = I2C_create（arg）；

……

case I2C_CMD_READ： //数据读取

status = copy_from_user（ （void*）arg， sizeof（transferPrm））；

if（status==0） {

status = copy_from_user（）；//省略参数

if（status==0） {

status = I2C_read（）；//省略参数

if（status==0） {

status = copy_to_user（）；//省略参数

}

}

}

break；

case I2C_CMD_WRITE： //数据写入

……

}

return status；

图3 I2C电机驱动设计图

5 I2C应用程序设计

根据I2C驱动程序设计，要正确调用驱动程序，需要实现驱动的用户空间调用函数，主要是实现open和ioctl等调用函数，因此在应用层的接口函数中也需要实现此函数。

i2c_Init（）函数实现open函数，调用驱动函数打开该设备驱动，定义一个数据结构体为：

typedef struct {

unsigned char dataSize；

unsigned char count；

unsigned char *reg；

void *value；

} I2C_Data；

该结构体主要用来实现用户空间和内核空间的调用的数据交换，dataSize代表数据的大小，value是传输的数值，reg是传输命令参数，函数有I2c_Read8（）是向内核读入一个字节数据，I2c_Write8（）是向内核写入一个字节数据，I2c_Read16（）是向内核写入2个字节数据，I2c_Write16 （）是向内核写入2个字节数据，下面列举一个函数说明具体的实现过程，

I2c_Write8（int fd unsigned char *reg， unsigned char *value， unsigned char count）{

I2C_Data ptr； unsigned int cmd； int status；

ptr.dataSize = 1； ptr.reg = reg； ptr.count = count； ptr.value = value；

cmd = CMD_WRITE；

status = ioctl（fd， cmd， ptr）；

if （status ！= 0）

printf（"ioctl I2C_CMD_WRITE error！"）；

return status；

}

如图4所示，函数最终通过条用ioctl这个函数实现对驱动的调用，其中参数fd是设备句柄，cmd读写控制是命令，其中宏定义I2C_CMD_SET_DEV_ADDR为地址设置命令，I2C_CMD_READ向内核读取数据命令，I2C_CMD_WRITE向内核写入数据命令。

其他3个读写函数实现过程类似，这几个函数是数据写入读出的函数接口，方便应用层实现调用。

图4云台电机控制应用程序设计图

6云台电机控制应用程序设计

云台很重要部分是电机转动控制，本课题研究采用图像界面实现人机交互，其中界面设计采用QT图形界面软件来设计，可以在界面操作实现电机的水平转动、垂直转动，逆时针转动和顺时针转动，从而带动视频监控的摄像头朝不同方位转动以及定位，如图所示。根据协议，应用程序设计主要实现以下操作：

（1）获取当前的垂直位置，函数接口为get_motor_curVertical_ptr （），返回垂直位置值；

（2）获取当前的水平位置，函数接口为get_motor_curHorizontal_ptr （），返回水平位置值；

（3）设置垂直运行的停止位置，函数接口为set_motor_vertical_ptr （unsigned short ptr），参数ptr为设置的垂直停止位置值；

（4）设置水平运行的停止位置，函数接口为set_motor_horizontal_ptr （unsigned short ptr）参数ptr为设置的水平停止位置值；

（5）水平操作和垂直操作的启动操作，接口函数为set_motor_opt（bool bVertical， bool bHorizontal），参数bVertical表示是否启动垂直操作，bHorizontal表示是否启动水平操作

（6）设置运行速度，函数接口为set_motor_speed（unsigned char vertical_speed， unsigned char horizontal_speed），参数vertical_speed控制垂直方向速度值，horizontal_speed控制水平方向速度值；

（7）设置电机运行方向，接口函数set_motor_direction（bool bVertical， bool bHorizontal），设置运行方向为顺时针或者逆时针，参数bVertical为真表示垂直方向向上运动，为假表示向下运动；bHorizontal为真，表示水平方向逆时针，否则为顺时针。

下面通过运动速度的接口函数set_motor_speed（），详细介绍云台控制接口函数的实现过程，电机转动速度设置函数设置set_motor_speed（），其中函数参数vertical_speed为垂直方向运动速度；horizontal_speed为水平方向运动速度，局部变量reg用于制定控制类型，value设计为16位，其中高8位存放垂直转动速度数值命令，低8为存放水平转动速度数值，参数设置完后调用I2c_Write16（）函数，从而调用ioctl实现对驱动的调用，最终通过I2C总线控制电机，达到电机快速转动、定位准确。

set_motor_speed（unsigned char vertical_speed， unsigned char horizontal_speed） {

int ret；

unsigned char reg；

unsigned short value=0；

reg = 3；

value = vertical_speed

value |= horizontal_speed;