[OK210開發板體驗]功能篇（7） Linux字符驅動之ADC模數轉換驅動

原創 2015-12-24 16:25:00 [OK210開發板體驗]功能篇（7） Linux字符驅動之ADC模數轉換驅動
前面進行了OK210試用體驗的入門篇介紹，算是初步入門，分別包含：
[OK210開發板體驗]入門篇(1)：開箱驗板
[OK210開發板體驗]入門篇(2)：板載資源
[OK210開發板體驗]入門篇(3)：開發環境（軟件安裝，開發環境，燒寫系統）
[OK210開發板體驗]入門篇(4)：編程入門（NFS登錄，驅動入門）
[OK210開發板體驗]功能篇(1)：Linux字符驅動之Led
[OK210開發板體驗]功能篇(2)：Linux字符驅動之Key按鍵
[OK210開發板體驗]功能篇(3)：Linux Input子系統之Key按鍵
[OK210開發板體驗]功能篇(4)：Linux字符驅動之DS18B20
[OK210開發板體驗]功能篇(5)：Linux字符驅動之PWM蜂鳴器
[OK210開發板體驗]功能篇(6)：Linux字符驅動之紅外遙控    
今天是功能篇的第七篇：Linux字符驅動之ADC模數轉換，本節主要分3部分：硬件分析，軟件基礎，驅動編程。
一、硬件分析
在【OK210試用體驗】的第二篇：板載資源中，簡單分析了ADC的功能和作用。其實對ADC的操作，可以看作是對一些模擬量的采集操作，如溫濕度，光度。
首先從OK210的底板原理圖中可知，通過一個可調電位器RP1，連接到S5PV210的模擬輸入0通道，通過對該可調電位器的調節可以改變模擬通道的輸入電壓值，電壓的調節范圍為0V-3V，可以利用這個可調電位器來熟悉S5PV210的ADC控制器的使用，如下圖所示

模擬輸入0通首家引腳為XADCAIN0，由S5PV210用戶手冊，可知，該引腳是一個模塊引腳，如下圖所示。
所以，我們要對ADC進行操作，就是通過對配置ADC的各寄存器進行實現。
二、軟件基礎
1、S5PV210的ADC的主要特征：
（1）分辨率(輸出離散值的個數)可以是10位或者12位(可以通過TSADCCON0/TSADCCON1的第16位RES進行設定，將RES設為0表示10位，設為1表示12位)。
（2）10通道的模擬輸入(AIN[9]---AIN[0])。
（3）輸入電壓為0--3.3V。
（4）最大轉換速率：1MSPS。
對于轉換速率的計算，S5PV210_UM手冊上是這樣介紹的：當PCLK=66MHz時，預分頻比P=65時，12位分辨率的轉換時間如下：
A/D轉換頻率=66MHz/(65+1)=1MHz
A/D轉換時間=1/(1MHz/5cycles)=1/200kHz=5us
PS
1)A/D的轉換頻率最大可達5MHz,所以A/D轉換時間最大可達1MSPS
2)對于官方手冊上，所說的A/D轉換時間的計算，可能我們第一次看的時候會不太理解，會什么要1MHz/5cycles?原因是這樣的，因為A/D轉換時間包括A/D建立時間，1位1位轉換時間，保存數據時間等等，加起來一共是5個時鐘周期，所以會是1MHz/5cycles。其實對于A/D轉換時間=1/(1MHz/5cycles) 可以換種寫法：A/D轉換時間=1/1MHz *5=5us 也是一樣的，所以當最大轉換頻率達到5MHz時，A/D轉換時間可達1MSPS(SPS為每秒的采樣率)。
（5）具有采樣保持功能。
（6）ADC有10通道的模擬輸入，但是只有AIN[0]，AIN[1]沒有復用，而AIN[2]--AIN[9]是復用為觸摸屏的兩路控制信號(XM,XP)。
2、S5PV210的ADC的寄存器
操作AIN[0]，在編寫ADC的驅動代碼的時候，一般情況下只需考慮三個寄存器，分別是
寄存器 映射地址 讀/寫 描述 復位值
TSADCCON0 0xE170_0000 R/W TS0/ADC控制寄存器 0x0000_3FC4
TSDLY0 0xE170_0008 R/W TS0/ADC延時寄存器 0x0000_00FF
TSDATX0 0xE170_000C R TS0/ADC轉換數據X寄存器 ---
上面表格即是操作AIN[0]時需要用到的三個寄存器，對于上面的映射地址，在編寫驅動代碼的時候可使用ioremap的形式進行映射，然后強制轉為(volatile unsigned long *)指針形式，接下來就可以直接操作寄存器。
3、S5PV210的ADC操作流程
主要分三步：
（1）使用clk_get獲取adc時鐘,接著使用clk_enable使能adc時鐘；
（2）設置ADCCON的工作方式，預分頻比之類的；
（3）當開始讀取數據值時，開啟ADC轉換，判斷是否開始轉換，判斷是否轉換完成，最終讀取數據，返回給用戶空間。值得注意的是，S5PV210的控制寄存器，是沒有通道選擇的，因為在使用之前，直接用ioremap進行地址的映射時，就相當于選擇了不同的通道，所以無需通道選擇了。

三、驅動編程
有圖有真相，

1 驅動代碼
  1. #include <linux/kernel.h>
  2. #include <linux/module.h>
  3. #include <linux/slab.h>
  4. #include <linux/input.h>
  5. #include <linux/init.h>
  6. #include <linux/errno.h>
  7. #include <linux/serio.h>
  8. #include <linux/delay.h>
  9. #include <linux/clk.h>
  10. #include <linux/wait.h>
  11. #include <linux/sched.h>
  12. #include <linux/cdev.h>
  13. #include <linux/miscdevice.h>

  15. #include <asm/io.h>
  16. #include <asm/irq.h>
  17. #include <asm/uaccess.h>

  19. #include <mach/map.h>
  20. #include <mach/regs-clock.h>
  21. #include <mach/regs-adc.h>
  22. #include <mach/regs-gpio.h>
  23. #include <plat/regs-timer.h>

  25. #undef DEBUG
  26. //#define DEBUG
  27. #ifdef DEBUG
  28. #define DPRINTK(x...) {printk(__FUNCTION__"(%d): ",__LINE__);printk(##x);}
  29. #else
  30. #define DPRINTK(x...) (void)(0)
  31. #endif

  33. #define DEVICE_NAME        "adc"
  34. static void __iomem *base_addr;

  36. typedef struct {
  37.         wait_queue_head_t wait;
  38.         int channel;
  39.         int prescale;
  40. } ADC_DEV;

  42. static int __ADC_locked = 0;
  43. static ADC_DEV adcdev;
  44. static volatile int ev_adc = 0;
  45. static int adc_data;
  46. static struct clk        *adc_clock;

  48. #define __ADCREG(name)        (*(volatile unsigned long *)(base_addr + name))
  49. #define ADCCON                        __ADCREG(S3C_ADCCON)        // ADC control
  50. #define ADCTSC                        __ADCREG(S3C_ADCTSC)        // ADC touch screen control
  51. #define ADCDLY                        __ADCREG(S3C_ADCDLY)        // ADC start or Interval Delay
  52. #define ADCDAT0                        __ADCREG(S3C_ADCDAT0)        // ADC conversion data 0
  53. #define ADCDAT1                        __ADCREG(S3C_ADCDAT1)        // ADC conversion data 1
  54. #define ADCUPDN                        __ADCREG(S3C_ADCUPDN)        // Stylus Up/Down interrupt status

  56. #define PRESCALE_DIS                (0 << 14)
  57. #define PRESCALE_EN                        (1 << 14)
  58. #define PRSCVL(x)                        ((x) << 6)
  59. #define ADC_INPUT(x)                ((x) << 3)
  60. #define ADC_START                        (1 << 0)
  61. #define ADC_ENDCVT                        (1 << 15)

  63. #define START_ADC_AIN(ch, prescale) \
  64.         do { \
  65.                 ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(prescale) | ADC_INPUT((ch)) ; \
  66.                 ADCCON |= ADC_START; \
  67.         } while (0)


  70. static irqreturn_t adcdone_int_handler(int irq, void *dev_id)
  71. {
  72. #if        1
  73.         if (__ADC_locked) {
  74.                 adc_data = ADCDAT0 & 0x3ff;

  76.                 ev_adc = 1;
  77.                 wake_up_interruptible(&adcdev.wait);

  79.                 /* clear interrupt */
  80.                 __raw_writel(0x0, base_addr + S3C_ADCCLRINT);
  81.         }
  82. #endif

  84.         return IRQ_HANDLED;
  85. }

  87. static ssize_t ok210_adc_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
  88. {
  89.         char str[20];
  90.         int value;
  91.         size_t len;

  93.     __ADC_locked = 1;
  94.     START_ADC_AIN(adcdev.channel, adcdev.prescale);
  95.     wait_event_interruptible(adcdev.wait, ev_adc);
  96.     ev_adc = 0;
  97.     DPRINTK("AIN[%d] = 0x%04x, %d\n", adcdev.channel, adc_data, ADCCON & 0x80 ? 1:0);
  98.     value = adc_data;
  99.     __ADC_locked = 0;
  100.         len = sprintf(str, "%d\n", value);
  101.         if (count >= len) {
  102.                 int r = copy_to_user(buffer, str, len);
  103.                 return r ? r : len;
  104.         } else {
  105.                 return -EINVAL;
  106.         }
  107. }

  109. static int ok210_adc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
  110. {
  111.         init_waitqueue_head(&(adcdev.wait));

  113.         adcdev.channel=0;
  114.         adcdev.prescale=0xff;

  116.         DPRINTK("adc opened\n");
  117.         return 0;
  118. }

  120. static int ok210_adc_release(struct inode *inode, struct file *filp)
  121. {
  122.         DPRINTK("adc closed\n");
  123.         return 0;
  124. }


  127. static struct file_operations dev_fops = {
  128.         owner:        THIS_MODULE,
  129.         open:        ok210_adc_open,
  130.         read:        ok210_adc_read,
  131.         release:        ok210_adc_release,
  132. };

  134. static struct miscdevice misc = {
  135.         .minor        = MISC_DYNAMIC_MINOR,
  136.         .name        = "adc",        //DEVICE_NAME,
  137.         .fops        = &dev_fops,
  138. };

  140. static int __init dev_init(void)
  141. {
  142.         int ret;

  144.         base_addr = ioremap(SAMSUNG_PA_ADC, 0x20);
  145.         if (base_addr == NULL) {
  146.                 printk(KERN_ERR "Failed to remap register block\n");
  147.                 return -ENOMEM;
  148.         }

  150.         adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
  151.         if (!adc_clock) {
  152.                 printk(KERN_ERR "failed to get adc clock source\n");
  153.                 return -ENOENT;
  154.         }
  155.         clk_enable(adc_clock);

  157.         /* normal ADC */
  158.         ADCTSC = 0;

  160. #if        1
  161.         ret = request_irq(IRQ_ADC, adcdone_int_handler, IRQF_SHARED, DEVICE_NAME, &adcdev);
  162.         if (ret) {
  163.                 printk("request IRQ %d failed for adc, %d\n", IRQ_ADC, ret);
  164.                 iounmap(base_addr);
  165.                 return ret;
  166.         }
  167. #endif

  169.         ret = misc_register(&misc);

  171.         printk (DEVICE_NAME"\tinitialized\n");
  172.         return ret;
  173. }

  175. static void __exit dev_exit(void)
  176. {
  177.         free_irq(IRQ_ADC, &adcdev);
  178.         iounmap(base_addr);

  180.         if (adc_clock) {
  181.                 clk_disable(adc_clock);
  182.                 clk_put(adc_clock);
  183.                 adc_clock = NULL;
  184.         }

  186.         misc_deregister(&misc);
  187. }

  189. module_init(dev_init);
  190. module_exit(dev_exit);

  192. MODULE_LICENSE("GPL");
  193. MODULE_AUTHOR("gjianw217@163.com");
  194. MODULE_DESCRIPTION("ADC driver");
復制代碼
2 測試代碼
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <unistd.h>
  3. #include <stdlib.h>
  4. #include <sys/types.h>
  5. #include <sys/stat.h>
  6. #include <sys/ioctl.h>
  7. #include <fcntl.h>
  8. #include <linux/fs.h>
  9. #include <errno.h>
  10. #include <string.h>

  12. int main(void)
  13. {
  14.         fprintf(stderr, "press Ctrl-C to stop\n");
  15.         int fd = open("/dev/adc", "r");
  16.         if (fd < 0) {
  17.                 perror("open ADC device:");
  18.                 return 1;
  19.         }
  20.         ioctl(fd,'s',0);
  21.         int ADCValue=0;
  22.         double voltage=0;
  23.         for(;;) {
  24.                 ADCValue=0;
  25.                 voltage=0;
  26.                 read(fd, &ADCValue, sizeof(int));
  27.                 if(ADCValue==-1) continue;
  28.                 //channel 0 12bit ADC max voltage = 3.3v /10K+1k *10K =3v
  29.                 voltage=(float)3.3*ADCValue/4096;
  30.                 printf("adc = %d voltage=%f V \n",ADCValue,voltage);
  31.                 usleep(500* 1000);
  32.         }

  34.         close(fd);
  35. }
復制代碼
3 Makefile
  1. #adc Makefile
  2. ARCH=arm
  3. CROSS_COMPILE=/home/ok210/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-
  4. APP_COMPILE=/home/ok210/arm-2009q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-
  5. #obj-m := app-drv.o
  6. obj-m := pwm-drv.o
  7. #KDIR := /path/to/kernel/linux/
  8. KDIR := /home/ok210/android-kernel-samsung-dev/
  9. PWD := $(shell pwd)
  10. default:
  11.         make -C $(KDIR) M=$(PWD) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) modules
  12. app:pwm-app.c
  13.         $(APP_COMPILE)gcc -o app pwm-app.c
  14. clean:
  15.         $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean
復制代碼

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