MPU3050Linux驱动详解(mpu3050linux驱动)

MPU3050是一款低功耗数字运动处理器，可以实现高性能陀螺仪功能，广泛应用于移动设备、惯性导航和运动控制等领域。在Linux操作系统中，MPU3050的驱动程序是必不可少的，本文将对MPU3050 Linux驱动进行详细介绍。

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一、MPU3050概述

MPU3050是InvenSense公司推出的一款运动处理器，具有高精度的陀螺仪和加速度计功能，功耗低、精度高、体积小，因此被广泛应用于移动设备、导航仪、运动控制等领域。MPU3050采用SPI总线接口，并能够输出完整的测量数据，便于系统开发和应用。

二、MPU3050 Linux驱动架构

MPU3050在Linux操作系统中的驱动程序包括三个部分：硬件驱动、平台驱动和设备驱动。

硬件驱动：负责与MPU3050之间的SPI通信。在Linux中，SPI设备通常由硬件设备驱动程序来实现，MPU3050在这里并没有特殊之处。硬件驱动程序包括了通过SPI总线与MPU3050进行通信的底层代码。

平台驱动：提供了对设备进行配置和管理的接口，将MPU3050进行初始化、打开和关闭等操作。平台驱动程序采用Linux中提供的Standard Linux Driver Model（LDM）框架实现，主要包括设备树、设备模拟器和平台数据。

设备驱动：负责解析MPU3050的测量数据并进行处理，将其转换为用户应用程序可以使用的格式。同时，设备驱动程序还负责与用户空间应用程序进行通信，将测量数据传输给应用程序。

三、MPU3050 Linux驱动实现过程

1.硬件驱动

硬件驱动程序可以分为四个部分：设备初始化、IO操作函数、设备打开函数和设备关闭函数。设备初始化函数负责将MPU3050进行初始化，IO操作函数与MPU3050进行通信，设备打开和关闭函数则负责打开和关闭硬件设备。

2.平台驱动

平台驱动程序首先需要从设备树中获取MPU3050的相关信息，包括设备节点的名称、传输速率和工作模式等。然后根据这些信息对MPU3050进行初始化，并将初始化结果返回给设备驱动程序。

设备模拟器提供了MPU3050的虚拟环境，用于测试MPU3050驱动程序的正确性。平台数据则是在MPU3050驱动程序中使用的全局变量。

3.设备驱动

设备驱动程序需要实现若干个函数，包括设备驱动绑定函数、设备打开函数、设备关闭函数、设备控制函数和数据读取函数。在设备驱动绑定函数中，将设备驱动程序与硬件设备和平台驱动程序进行绑定。设备打开和关闭函数负责打开和关闭设备，设备控制函数用于控制MPU3050的工作模式和采样速率等参数，数据读取函数则读取MPU3050的测量数据并进行解析和处理。

四、MPU3050 Linux驱动程序的应用

MPU3050 Linux驱动程序的应用可以分为两个方面：设备驱动程序的调试和用户空间应用程序的开发。

1.设备驱动程序的调试

设备驱动程序的调试是MPU3050 Linux驱动程序开发的重要环节。在调试过程中，需要使用设备模拟器和开发板进行测试，包括测试设备打开和关闭功能、数据解析和处理功能等方面。

2.用户空间应用程序的开发

用户空间应用程序可以使用MPU3050 Linux驱动程序提供的API函数，获取MPU3050的测量数据并进行处理和应用。用户空间应用程序可以使用C语言或其他高级语言进行开发，例如Python、Java等。

五、

MPU3050 Linux驱动程序的实现和应用，是一个复杂而有趣的过程。在开发过程中，需要掌握Linux操作系统和SPI总线协议的相关知识，并熟悉设备驱动程序的开发流程和技巧。同时，需要进行大量的调试测试，确保MPU3050 Linux驱动程序的稳定性和可靠性。

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DE-10 Standard HPS SOC和FPGA联合使用例程

在开始本教程之前，请注意演示项目准备需要以下内容:

在Intel SoC FPGA中，HPS逻辑与FPGA结构通过AXI（Advanced eXtensible Interface）桥进行连接。为了实现HPS逻辑与FPGA 结构的通信，需要通过使用Intel系统集成工具Qsys添加HPS组件来进行系统设计。从HPS组件的AXI主端口，HPS可以访问那些连接到AXI主端口的内存映射从端口。

HPS包含空液袜以下HPS-FPGA AXI桥

下图显示了FPGA结构和L3与HPS互连的AXI桥的框图。每个主(M)接口和从(S)接口显示其数据宽度。括号中标注了每个互连的时钟域。

HPS-to-FPGA桥由3级(L3)主开关控制，轻量级控制HPS-to-FPGA桥由L3从外围从开关控制。

FPGA-to-HPS桥接控制L3主开关，允许任何在FPGA结构的主实现（implemented）去访问在HPS中大多数从实现。

所有三个桥都包含全局程序员视图GPV寄存器。GPV寄存器控制网桥的行为。通过轻量级的HPS-to-FPGA桥访斗激问可以所有三个桥的GPV寄存器。

这个例程向用户介绍了如何使用HPS/ARM与FPGA进行通信。这个与DE10-Standard板上ARM C程序配套的GHRD工程，演示了HPS/ARM程序如何控制连接到FPGA部分的红色LED。

术语GHRD是黄金硬件参考设计（Golden Hardware Reference Design）的简称。友晶科技为DE10-Standard开发板提供的GRD项目位于CD文件夹中: CD-ROM\Demonstration\SOC_FPGA\ DE10_Standard_GHRD。

本项目由以下组成部分组成:

MPU所看到的SoC FPGA部分的系统外围设备的内存映射从轻量级的HPS-to-FPGA到FPGA的基础地址0xFF20_0000开始。MPU可以通过Qsys中的地址偏移来访问这些外围设备。用户可以打开GHRD项目与Quartus II软件。然后打开soc_system。qsys文件与qsys工具。下图列出了连接到轻量级HPS-to-FPGA的外围设备的地址映射。

这些外设的所有Avalon引出信号（ Avalon

Conduit

signals）都连接到DE10-Standard板上SoC FPGA的I/O引脚，如图所示

在实际的应用过程中，友晶科技提供的DE10_Standard_GHRD工程并不是十分契合我们的开发需要，这可能包括外围设备的冗余和不足。下面为了实现本教程开篇所定的目标，我们需要根据DE10_Standard_GHRD工程进行修改。其中友晶科技提供的DE10_Standard_GHRD工程实现的是LEDR0通过闪烁模拟板子的心跳，

LEDR1-9

按照一定频率进行左移右移循环闪烁60次；我们的目标是LEDR0通过闪烁模拟板子的心跳，

LEDR1-8

按照一定频率进行左移右移循环闪烁60次，

LEDR9

在LEDR1-8的每一次循环后闪烁一次。可以看出，我们只需要将DE10_Standard_GHRD工程中的LEDR9的设计进行更改就可以打到我们的目的。下面正式开始更改操作。

新建文件夹：

E:\work\Quartus\My_GHRD

，然后将DE10_Standard_GHRD工程目中的一下文件复制到工程目录下埋薯：

因为其中的文件DE10_Standard_GHRD.v后面将会被指定为顶层文件，所以需要将其更改为与工程名My_GHRD相同的My_GHRD.v文件，同时为了与工程名保持协调，我们也将文件DE10_Standard_GHRD.sdc更改为与工程名My_GHRD相同的My_GHRD.sdc。最终工程目录文件夹如下图所示：

首先，建立一个名为：My_GHRD的工程。打开软件Quartus Prime Standard Edition，点击：File→New Project Wizard…，进入工程创建引导界面。

点击引导界面下方的：Next，进入Directory, Name, Top-Level Entity设置界面。

点击右侧按钮：…选择你的工程目录

E:/work/Quartus/My_GHRD

。之后设置工程名：

My_GHRD

。此时软件将自动把顶层设计entity name设置为工程名：

My_GHRD

。继续点击：Next，进入Project Type设置界面。

在Project Type界面选择：Empty Project选项，继续点击：Next，进入Add Files设置界面。

在Add Files设置界面，点击右侧按钮：…，添加工程目录下的文件：My_GHRD.v和soc_system.qsys以及文件夹hps_isw_handoff和ip下的所有文件进入工程。

然后点击：Next，进入Family, Device & Board Settings设置界面。

在Family, Device & Board Settings设置界面，我们要设置我们所用的SoC FPGA型号：5CSXFC6D6F31C6N。为了能够快速锁定我们要选择的SoC FPGA型号，我们可以点击：Device下拉列表，选择：Cyclone V SX Extended Features，以缩小选型范围。

然后，选择Available devices下的5CSXFC6D6F31C6。继续点击：Next，进入EDA Tool Settings设置界面。

在EDA Tool Settings设置界面下，我们保留默认设置。之后点击：Fnish，完成工程创建，退出工程创建引导界面。

由于我们需要在DE10_Standard_GHRD工程的基础上更改Qsys的设计来实现对LEDR9的单独控制，所以我们需要在Qsys中添加一个1位的PIO端口来实现对LEDR9的控制，同时需要将原来用于同时控制LEDR0-9的10位PIO端口的改为9位的PIO端口。

依次点击：Tools→Qsys，启动Qsys，之后选中要打开的soc_system.qsys文件。

此时将弹出“ PIO(Parallel I/O) ”设置界面。将PIO的数据宽度Width设置为：1，数据输入输出方向Direction设置为：Output。最后点击右下角的Finish按钮退出设置。

现在，新的Qsys设计中将会出现我们新添加的PIO端口pio_0，我们可以对其进行重命名。光标移动到在端口名pio_0处，右键选择“Rename”，重命名为：led_pio9。点击空白处保存命名。

之后我们需要对led_pio9组件的信号进行连接，将光标放置到下图中led_pio9组件中clk信号所在行的白点处，点击后可以将led_pio9组件中clk信号与clk_0组件的clk信号进行连接，可以表示为：led_pio9.clk—clk_0.clk。使用类似的操作，将led_pio9组件的其它信号分别与其它组件进行如下连接，最终的连接关系如下：

如下图：

其中led_pio9有一个信号led_pio9.external_connection需要进行对外引出。光标置于信号led_pio9.external_connection处右击选择：Connections:led_pio9.external_connection→Export as: led_pio9_external_connection。

到此，添加一个1位的PIO端口led_pio9的操作已经完成。

接下来需要将原来控制LEDR0-9的数据宽度为10位的PIO端口led_pio更改为只用控制LEDR0-8的数据宽度为9位的PIO端口led_pio。双击组件led_pio，将数据宽度Width(1-32 bits)设置为：9，关闭Parameters窗口将自动保存更改。

现在，我们要为我们新添加的PIO端口led_pio9分配基地址，同时更新Qsys设计中其它组件的基地址。依次点击：System→Assign Base Addresses。

可以看出，至此，我们需要在Qsys设计中做的更改已经完成了。现在，只要重新生成相应的HDL文件，更新Qsys设计就可以结束Qsys部分的设计了。但是后面对工程编译时软件将会输出错误提示：

Error (10228): Verilog HDL error at soc_system_sysid_qsys.v(34): module “soc_system_sysid_qsys” cannot be declared more than once。

更令人遗憾的是，目前本人还没有找到解决上述错误信息的办法。有一个无奈的办法就是：将Qsys设计中的soc_system_sysid_qsys组件删除。这不会影响Qsys设计的功能，关于该组件功能的详细介绍，读者可以自行查找，此处不再赘述。

删除soc_system_sysid_qsys组件的办法是：将soc_system_sysid_qsys组件sysid_qsys的Use列方框中的“√”去掉。

之后进行Qsys设计中的文件生成工作。点击右下角的Generate HDL…按钮。

在弹出的“Generation”窗口中，确认Output Directory下Path所指定的生成文件的输出目录在工程目录下。然后点击Generate按钮。

接下来会弹出“Save System Completed”窗口，点击右下角的Close按钮。

接下来会弹出的“Generate”窗口，等待几分钟，文件生成工作完成后，右下角的“Close”按钮会高亮显示。此时，点击“Close”按钮。

最后，又会退回到Qsys设计页面，点击右下角的Finish按钮，退出Qsys设计。

在返回Quartus Prime Standard Edition主界面后，会提示我们把更新后的.qip和.sip文件重新手动添加到工程中来。点击提示窗口右下角的Close按钮。

现在，我们来手动添加更新后的.qip和.sip文件。右击Project Navigator窗口中工程名：My_GHRD。点击Settings…选项。

接下来会弹出Category界面，点击右侧的…按钮。

此时会弹出Select File界面，在指定的目录下找到生成的soc_system.qip文件并选中，然后点击右下角的“打开”按钮。

最后，可以在返回的Catagory界面中可以看到生成的soc_system.qip文件已经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，这一组文件的定义了模块：hps_reset。但是，由于 文件：hps_reset.qip和hps_reset.v这一组文件同样也定义了模块：hps_reset，所以hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v的加入会导致模块：hps_reset的重复定义。

现在我们需要将文件：hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v进行移除。选中文件：hps_reset_bb.qip和hps_reset_bb.v，点击右侧的Remove按钮移除文件。最后，点击右下角的OK按钮退出该界面。

至此，工程My_GHRD中Qsys部分的设计已经完成。接下来我们需要对工程中的硬件描述文件.v文件进行修改。其实，我们在DE10_Standard_GHRD工程的基础上只用对My_GHRD中顶层实体文件My_GHRD.v中各个模块的引脚及其连接关系进行描述即可。

在此之前，我们先指定我们的顶层实体文件My_GHRD.v。点击Project Navigator窗口中Hierachy按钮，会弹出下拉列表，我们点击File选项。

找到工程中的My_GHRD.v，右击选择Set as Top-Level Entity。

我们双击Project Navigator窗口中工程名My_GHRD，此时软件将会打开工程的顶层实体文件My_GHRD.v

对顶层实体文件My_GHRD.v的修改主要有以下各处：

之一，顶层实体模块的命名须与工程名My_GHRD保持一致。

第二，在模块soc_system u0中对新引出的PIO端口led_pio9_external_connection_export进行声明。可以发现，我们声明端口led_pio9_external_connection_export的同时需要为其指定一个wire类型的变量进行连接。对照led_pio_external_connection_export连接到wire类型的变量fpga_led_internal上，我们新定义了一个wire类型的变量fpga_led9_internal与端口led_pio9_external_connection_export进行连接。当然，wire类型的变量fpga_led9_internal可以理解为是一条导线，它的一端接到了模块soc_system u0中对新引出的PIO端口led_pio9_external_connection_export上，两外一端也是要为它连接适当的端口的。我们新增端口led_pio9_external_connection_export的目的就是能够对LED灯LEDR9进行控制，所以，不难想到，wire类型的变量fpga_led9_internal另一端一定是要连接到端口LEDR上面的。这样，总体的更改就是下面这样的：

现在，我们可以对工程My_GHRD进行编译操作。首先是进行工程的分析与综合，依次点击：Processing→Start→Start Analysis & Synthesis。

工程的分析综合通过后，主界面中左侧的Tasks窗口下的Analysis & Synthesis栏前面会展示一个绿色的“√”，后面会显示分析综合所用的时间。

上面分析综合成功后，下一步需要进行Fitter(Place & Route)，这里进行的是关于FPGA内部的布局布线操作。在此之前我们需要对我们模块中设计的输入输出引脚进行引脚分配。引脚分配的方法有很多种，读者可以自行学习。这里由于我们定义了大量的引脚，而且我们有现成的DE10_Standard_GHRD工程可以利用，我们只需将该工程里面的引脚分配信息转移进入我们的My_GHRD工程就可以了。

我们现在打开DE10_Standard_GHRD工程。进入工程后，我们点击：Assignments→Pin Planner，进入引脚分配界面。

在该界面下，点击：File→Export…。

之后会弹出Export窗口。我们需要选择我们要导出的文件格式为：.tcl。

然后，点击右下角的Export按钮。

最后，依次点击引脚分配界面和DE10_Standard_GHRD工程界面右上角的关闭按钮，退出DE10_Standard_GHRD工程。

我们现在已经得到了我们需要的引脚分配文件DE10_Standard_GHRD.tcl，现在我们需要把它从DE10_Standard_GHRD工程目录下复制到My_GHRD工程目录下。为了与My_GHRD工程名保持一致，将其改名为：My_GHRD.tcl。

接下来，我们需要利用得到的引脚分配文件My_GHRD.tcl对工程My_GHRD中的引脚进行分配。点击：Tools→Tcl Scripts…。

在弹出的Tcl Scripts窗口下，点击右侧的Add to Project…按钮。

在弹出的Add to Project窗口下，选中我们的引脚分配文件My_GHRD.tcl，并点击右下角的打开按钮。

此时，软件又自动退回到Tcl Scripts窗口下。在Libraries栏中找到我们的引脚分配文件My_GHRD.tcl，点击下方的Run按钮来加载我们的引脚分配文件。

在后面弹出的界面中点击OK按钮，退回到Tcl Scripts窗口。

最后点击到Tcl Scripts窗口下方的Close按钮退出到Tcl Scripts窗口，回到工程主界面。

此时，点击主界面的：Assignments→Pin Planner进入引脚分配界面。

在引脚分配界面中，可以看到，引脚大部分已经被分配完成，未分配的引脚暂时不用担心它们，我们还没有用到。

现在，我们开始对工程进行布局布线。点击：Processing→Start→Start Fitter。

工程的布局布线通过后，主界面中左侧的Tasks窗口下的Fitter(Place & Route)栏前面会展示一个绿色的“√”，后面会显示布局布线所用的时间。

到此，基本上我们可以判断在逻辑上我们的设计已经没有问题了，接下来我们是可以进行工程的全编译了。但是，在实际的应用设计中我们还要考虑对信号的时序进行约束，尤其是具有 SDRAM DDR3这种高速存取器件的设计中。对于时序约束，我们可以利用DE10_Standard_GHRD工程中的时序约束文件：DE10_Standard_GHRD.sdc。同样的，将其复制到My_GHRD工程目录下，改名为：My_GHRD.sdc。

将时序约束文件添加进入工程，右击Project Navigator窗口下的工程名：My_GHRD，点击：Setting…按钮。

接下来会弹出Category界面，点击右侧的…按钮。

此时会弹出Select File界面，进入工程主目录下，点击右下角的文件类型选择按钮，选中：Script Files( * .tcl

.sdc

.pdc*.qip)一项。

下找到时序约束文件My_GHRD.sdc并选中，然后点击右下角的“打开”按钮。

最后，可以在返回的Catagory界面中可以看到时序约束文件：My_GHRD.sdc文件已经被成功添加到工程中。依次点击右下角的Apply按钮和OK按钮退出该界面。

此时已经回到工程主界面，我们可以进行工程的全编译了。点击Processing→Start Compilation。

本节将介绍如何设计一个ARM C程序来控制PIO控制器led_pio。SoC EDS用于编译C项目。为了让ARM程序控制PIO组件led_pio，我们需要led_pio地址。使用Linux内置驱动程序’ /dev/mem ‘和mmap system-call可以将led_pio组件的物理基址映射到Linux应用软件可以直接访问的虚拟地址。

ARM C程序需要led_pio的组件信息，因为程序会尝试控制组件。这部分将会描述如何使用一个给定的Linux shell批处理文件将Qsys HPS信息提取到一个头文件中，这个头文件稍后将包含在C程序中。

上面提到的批处理文件名为：generate_hps_qsys_header.sh。它与DE10_Standard_GHRD工程位于同一个文件夹中。现在，我们要为工程My_GHRD生成头文件。首先，从DE10_Standard_GHRD工程目录下复制文件：generate_hps_qsys_header.sh到My_GHRD工程目录下。

接下来，使用记事本打开批处理文件：generate_hps_qsys_header.sh，确认文件中红线标注的路径下有应用程序：sopc-create-header-files.exe。其中，路径：/cygdrive/d/…表示D盘…。如果该路径下没有上述应用程序，读者需自行更改其中的路径。

关于mpu3050linux驱动的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。

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