Exynos4412 A/D轉(zhuǎn)換器

Adc控制器集成在exynos4412 soc中，控制器內(nèi)部有一根中斷線連接到中斷控制器combiner，然后路由到GIC（Generic Interrupt Controller），滑動(dòng)變阻器連接到adc控制器的通道3。

ADC控制器

參考《Exynos 4412 SCP》 的datasheet。

ADC控制器是10位或12位CMOS再循環(huán)式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它具有10個(gè)通道輸入，并可將模擬量轉(zhuǎn)換至10位或12位二進(jìn)制數(shù)。5Mhz A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，最大1Msps的轉(zhuǎn)換速度。A/D轉(zhuǎn)換具備片上采樣保持功能，同時(shí)也支持待機(jī)工作模式。

ADC接口包括如下特性。

1. 10bit/12bit輸出位可選。

2. 微分誤差  1.0LSB。

3. 積分誤差  2.0LSB。

4. 最大轉(zhuǎn)換速率5Msps.

5. 功耗少，電壓輸入1.8V。

6. 電壓輸入范圍 0~1.8V。

7. 支持偏上樣本保持功能。

8. 通用轉(zhuǎn)換模式。

模塊圖

4412 A/D轉(zhuǎn)換器的控制器接口，原理我們并不需要關(guān)注，知道即可。

通道選擇

由上圖可知，A/D控制器一共有4個(gè)通道，通用寄存器地址為0x126c0000。

A/D控制器寄存器

對(duì)ADC控制器的操作主要是通過配置寄存器來實(shí)現(xiàn)的，查看datasheet，必須掌握寄存器的使用。以下是A/D控制器寄存器匯總。

1、A/D控制寄存器ADCCON

• RES         : 選擇A/D轉(zhuǎn)換精度，0：劃分成1024份 1：劃分成4096份
  

• ECFLG   ：轉(zhuǎn)換是否結(jié)束  0：轉(zhuǎn)換中  1：轉(zhuǎn)換完畢；對(duì)于輪詢模式需要根據(jù)該位判斷數(shù)據(jù)是否轉(zhuǎn)換完畢。

• PRSCEN：A/D轉(zhuǎn)換預(yù)分頻是否使能

• PRSCVL：預(yù)分頻的值，轉(zhuǎn)換公式見下面

• STANDBY：待機(jī)模式  0：正常工作模式 1：待機(jī)模式。處于待機(jī)模式時(shí)要將PRSCEN設(shè)置為0

• READ_START: A/D轉(zhuǎn)換由讀操作觸發(fā)，設(shè)置為1后，每次讀取A/D值的操作都會(huì)觸發(fā)一次A/D轉(zhuǎn)換。

• ENABLE_START: 單次開啟A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢后該位自動(dòng)清零，當(dāng)READ_START設(shè)置為1的時(shí)候，該位無效。

通常設(shè)置值為(1 << 16 | 1 << 14 | 99 <<6 | 1 << 1)。

2、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器ADCDAT0

注意該寄存器的值只有低12位有效。

3、A/D清中斷寄存器CLRINTADC

中斷例程負(fù)責(zé)清中斷，中斷結(jié)束后寫入任意值就可以清中斷。

4、A/D通道選擇寄存器ADCMUX

每次操作都要先設(shè)置通道，因?yàn)?4個(gè)通道是共用同一套寄存器，如果有其他任務(wù)也在使用A/D，就會(huì)產(chǎn)生混亂。在此我們選擇通道3，置3即可。

5、ADC中斷ID

參見9.2.2GIC Interrupt Table

由此可知，ADC中斷號(hào)對(duì)應(yīng)的SPI值是10，inturrupt ID 為42。對(duì)于終端查詢方式和編寫終端的驅(qū)動(dòng)需要知道SPI id和inturrupt ID，后面講解基于Linux驅(qū)動(dòng)還會(huì)再分析設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)如何填寫。

6、Combiner中斷控制器

combiner的配置寄存器：IMSRn、IECRn、ISERn、ISTRn，類似于GPIO 對(duì)中斷源分組。只有中斷模式才需要考慮combiner中斷控制器的操作。

7、Combiner分組

參考章節(jié)：10.2.1Interrupt Combiner Table 10-1Interrupt Groups of Interrupt Combiner

可見ADC在INTG10，即第10組。

8、Combiner IESR2

參考章節(jié)：10.4.2.9IESR2

如果要用中斷模式設(shè)置為1即可。

9、Combiner IECR2

參考章節(jié)：10.4.2.10IECR2

此處用于關(guān)閉中斷，采用默認(rèn)值即可，注意，如果設(shè)置了1，那么中斷功能就關(guān)閉了。

10、A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換時(shí)間計(jì)算

例如：PCLK為100MHz,PRESCALER = 65 ;所有10位轉(zhuǎn)換時(shí)間為

100MHz/(99+1) = 1MHz

轉(zhuǎn)化時(shí)間為1/(1MHz/5 cycles) = 5us。

完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要5個(gè)時(shí)鐘周期。A/D轉(zhuǎn)換器的最大工作時(shí)鐘為5MHz,所以最大采樣率可以達(dá)到1Mit/s.

電路連接圖

由該電路圖可知，外設(shè)是一個(gè)滑動(dòng)變阻器，根據(jù)接觸點(diǎn)的不同，會(huì)導(dǎo)致輸入電壓的模擬值不同。連接的A/D控制器通道為3。該電路利用一個(gè)電位計(jì)輸出電壓到4412的AIN3管腳。輸入的電壓范圍為0~1.8V。

ADC裸機(jī)開發(fā)程序?qū)嵗?

ADC數(shù)據(jù)的讀取通常由2種方法：中斷模式、輪詢模式。

輪詢模式

輪詢模式讀取數(shù)據(jù)步驟如下:

• 1.要讀取數(shù)據(jù)首先向ADC寄存器ADCCON的bit：1寫1，發(fā)送轉(zhuǎn)換命令，采用讀-啟動(dòng)模式來開啟轉(zhuǎn)換。
• 2.當(dāng)ADC控制器轉(zhuǎn)換完畢會(huì)將ADCCON的bit：15設(shè)置為1，
• 3.輪詢檢測(cè)ADCCON的bit：15是否設(shè)置為1，如果設(shè)置為1，就讀走數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)等待。

這種方式比較占用CPU資源。

//注：這里使用讀-啟動(dòng)模式

/***********************ADC ******************/ #define ADC_CFG  __REG(0x10010118) #define ADCCON  __REG(0x126C0000) #define ADCDLY  __REG(0x126C0008) #define ADCDAT  __REG(0x126C000C) #define CLRINTADC __REG(0x126C0018) #define ADCMUX  __REG(0x126C001C) #include "exynos_4412.h" #include "pwm.h" #include "uart.h" unsigned char table[10] = {'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'}; void mydelay_ms(int time) { int i, j; while(time--)
  { for (i = 0; i < 5; i++) for (j = 0; j < 514; j++);
  }
}

adc_init(int temp)
{
  ADCCON = (1 << 16 | 1 << 14 | 99 <<6 | 1 << 1);
  ADCMUX = 3;
  temp = ADCDAT & 0xfff;
} /*
 *  裸機(jī)代碼，不同于LINUX 應(yīng)用層， 一定加循環(huán)控制
 */ int main (void) { unsigned char bit4,bit3,bit2,bit1; unsigned int temp = 0;
  
  uart_init();
  adc_init(temp); puts("開始轉(zhuǎn)換\n"); while(1)
  { while(!(ADCCON & 0x8000));
    temp = ADCDAT & 0xfff; printf("U = %d\n",temp);
    temp = 1.8 * 1000 * temp/0xfff;
    bit4 = temp /1000;
    putc(table[bit4]);
    bit3 = (temp % 1000)/100?;
    putc(table[bit3]);
    bit2 = ((temp % 1000)%100)/10;
    putc(table[bit2]);
    bit1 = ((temp % 1000)%100)%10;
    putc(table[bit1]); puts("mV");
    putc('\n');
    mydelay_ms(1000);
  } return 0;
}

中斷模式

中斷模式讀取數(shù)據(jù)步驟如下:

• 1.要讀取數(shù)據(jù)首先向ADC寄存器ADCCON的bit：0寫1，發(fā)送轉(zhuǎn)換命令;
• 2.當(dāng)ADC控制器轉(zhuǎn)換完畢會(huì)通過中斷線向CPU發(fā)送中斷信號(hào);
• 3.在中斷處理函數(shù)中，讀走數(shù)據(jù)，并清中斷.

注：中斷對(duì)應(yīng)寄存器的設(shè)置，后續(xù)會(huì)更新對(duì)應(yīng)的文檔。

void do_irq(void) { int irq_num;

       irq_num = CPU0.ICCIAR &0x3ff; switch(irq_num)
       { case 42:
              adc_num = ADCDAT&0xfff; printf("adc = %d\n",adc_num);
              CLRINTADC = 0; //    IECR2 = IECR2 | (1 << 19); 打開的話只能讀取一次， //42/32 ICDICPR.ICDICPR1 = ICDICPR.ICDICPR1 | (1 << 10);【清GIC中斷標(biāo)志位類似于 ICDISER】 break;
       }
       CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR & (~0x3ff) | irq_num;
} void adc_init(void) { //12bit   使能分頻       分頻值                 手動(dòng) ADCCON = (1 << 16) | (1 << 14) | (0xff << 6) | (1 << 0);
       ADCMUX = 3;
} void adcint_init(void) {
       IESR2 = IESR2 | (1 << 19);
       ICDDCR = 1; //使能分配器 //42/32 ICDISER.ICDISER1 = ICDISER.ICDISER1 | (1 << 10);//使能相應(yīng)中斷到分配器 ICDIPTR.ICDIPTR10 = ICDIPTR.ICDIPTR10 &(~(0xff << 16)) | (0x1 << 16);//發(fā)送到相應(yīng)CPU接口 CPU0.ICCPMR = 255;//設(shè)置中斷屏蔽優(yōu)先級(jí) CPU0.ICCICR = 1; //全局使能開關(guān) } int main (void) { 
  adc_init();
       adcint_init(); while(1)
       {
              ADCCON = ADCCON | 1;
              delay_ms(1000);
       } return 0;
}

基于Linux驅(qū)動(dòng)編寫

設(shè)備樹

編寫基于Linux的ADC外設(shè)驅(qū)動(dòng)，首先需要編寫設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息，在裸機(jī)程序中，我們只用到了寄存器地址，而編寫基于Linux的驅(qū)動(dòng)，我們需要用到中斷功能。所以編寫設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)需要知道ADC要用到的硬件資源主要包括：寄存器資源和中斷資源。

關(guān)于中斷的使用我們?cè)诤罄m(xù)文章中會(huì)繼續(xù)分析，現(xiàn)在我們只需要知道中斷信息如何填寫即可。

ADC寄存器信息填寫

由上可知，寄存器基地址為0x126c0000,其他寄存器只需要根據(jù)基地址做偏移即可獲取，所以設(shè)備樹的reg屬性信息如下：

reg =;

ADC中斷信息填寫

描述中斷連接需要四個(gè)屬性：

父節(jié)點(diǎn)提供以下信息

interrupt-controller - 一個(gè)空的屬性定義該節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)接收中斷信號(hào)的設(shè)備。
interrupt-cells      - 這是一個(gè)中斷控制器節(jié)點(diǎn)的屬性。它聲明了該中斷控制器的
中斷指示符中【interrupts】 cell 的個(gè)數(shù)（類似于 #address-cells 和 #size-cells）。 

子節(jié)點(diǎn)描述信息

interrupt-parent - 這是一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的屬性，包含一個(gè)指向該設(shè)備連接的中斷控制器的 
phandle。那些沒有 interrupt-parent 的節(jié)點(diǎn)則從它們的父節(jié)點(diǎn)中繼承該屬性。
iterrupts       - 一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)屬性，包含一個(gè)中斷指示符的列表，對(duì)應(yīng)于該設(shè)備上的
每個(gè)中斷輸出信號(hào)。【設(shè)備的中斷信息放在該屬性中】

父節(jié)點(diǎn)

首先我們必須知道ADC控制器的中斷線的父節(jié)點(diǎn)：

ADC控制器位于soc內(nèi)，4個(gè)ADC通道公用一根中斷線，該中斷線連接在combiner上，所以我們需要查找到combiner這個(gè)父節(jié)點(diǎn)的說明：

進(jìn)入設(shè)備樹文件所在目錄：arch\arm\boot\dts

grep combiner *.* -n

經(jīng)過篩選得到以下信息:

因?yàn)槲覀兪褂玫陌遄邮莈xynos4412，而exynos系列通用的平臺(tái)設(shè)備樹文件是exynos4.dtsi，查看該文件：

上圖列舉了combiner控制器的詳細(xì)信息：

interrupt-cells ;
    interrupt-cells =;

所以ADC控制器中斷控制器的interrupts屬性應(yīng)該有兩個(gè)cell。

interrupts屬性填寫

而設(shè)備的中斷信息填寫方式由內(nèi)核的以下文檔提供：

Documentation\devicetree\bindings\interrupt-controller\interrupts.txt

69. b) two cells
 70.  ------------
 71.  The #interrupt-cells property is set to 2 and the first cell 72. defines the 73.  index of the interrupt within the controller, while the second cell is used
 74.  to specify any of the following flags:
 75.    - bits[3:0] trigger type and level flags
 76.        1 = low-to-high edge triggered
 77.        2 = high-to-low edge triggered
 78.        4 = active high level-sensitive
 79.        8 = active low level-sensitive

由以上信息可知，中斷的第一個(gè)cell是該中斷源所在中斷控制器的index，第二個(gè)cell表示中斷的觸發(fā)方式

1. 上升沿觸發(fā)
2. 下降沿觸發(fā)
3. 高電平觸發(fā)
4. 低電平觸發(fā)

那么index應(yīng)該是多少呢？

詳見datasheet的9.2.2 GIC Interrupt Table 節(jié)：

此處我們應(yīng)該是填寫左側(cè)的SPI ID：10 還是填寫INTERRUPT ID：42呢？

此處我們可以參考LCD節(jié)點(diǎn)的interrupts填寫方法：

通過查找父節(jié)點(diǎn)為combiner的設(shè)備信息。

繼續(xù)grep combiner . -n

由此可見lcd這個(gè)設(shè)備的interrupts屬性index值是11，所以可知ADC控制器中斷線的index是10。中斷信息如下：

interrupt-parent = <&combiner>;
interrupts =;

ADC外設(shè)設(shè)備樹信息

fs4412-adc{
    compatible = "fs4412,adc";
    reg =;
    interrupt-parent = <&combiner>;
    interrupts =;
};

本文默認(rèn)大家會(huì)使用設(shè)備樹，不知道如何使用設(shè)備樹的朋友，后續(xù)會(huì)開一篇單獨(dú)講解設(shè)備樹。

【注意】在不支持設(shè)備樹內(nèi)核中，以Cortex-A8為例，中斷信息填寫在以下文件中

內(nèi)部中斷，Irqs.h (arch\arm\mach-s5pc100\include\mach)
外部中斷在Irqs.h (arch\arm\plat-s5p\include\plat)

ADC屬于內(nèi)部中斷，位于arch\arm\mach-s5pc100\include\mach\Irqs.h中。

寄存器信息填寫在以下位置：

arch\arm\mach-s5pc100\Mach-smdkc100.c

static struct platform_device *smdkc100_devices[] __initdata = {
  &s3c_device_adc,
  &s3c_device_cfcon,
  &s3c_device_i2c0,
  &s3c_device_i2c1,
  &s3c_device_fb,
  &s3c_device_hsmmc0,
  &s3c_device_hsmmc1,
  &s3c_device_hsmmc2,
  &samsung_device_pwm,
  &s3c_device_ts,
  &s3c_device_wdt,
  &smdkc100_lcd_powerdev,
  &s5pc100_device_iis0,
  &samsung_device_keypad,
  &s5pc100_device_ac97,
  &s3c_device_rtc,
  &s5p_device_fimc0,
  &s5p_device_fimc1,
  &s5p_device_fimc2,
  &s5pc100_device_spdif,
};

結(jié)構(gòu)體s3c_device_adc定義在以下文件:

\arch\arm\plat-samsung\Devs.c

#ifdef CONFIG_PLAT_S3C24XX static struct resource s3c_adc_resource[] = { [0] = DEFINE_RES_MEM(S3C24XX_PA_ADC, S3C24XX_SZ_ADC),
  [1] = DEFINE_RES_IRQ(IRQ_TC),
  [2] = DEFINE_RES_IRQ(IRQ_ADC),
}; struct platform_device s3c_device_adc = { .name    = "s3c24xx-adc",
  .id    = -1,
  .num_resources  = ARRAY_SIZE(s3c_adc_resource),
  .resource  = s3c_adc_resource,
}; #endif /* CONFIG_PLAT_S3C24XX */ #if defined(CONFIG_SAMSUNG_DEV_ADC) static struct resource s3c_adc_resource[] = { [0] = DEFINE_RES_MEM(SAMSUNG_PA_ADC, SZ_256),
  [1] = DEFINE_RES_IRQ(IRQ_TC),
  [2] = DEFINE_RES_IRQ(IRQ_ADC),
}; struct platform_device s3c_device_adc = { .name    = "samsung-adc",
  .id    = -1,
  .num_resources  = ARRAY_SIZE(s3c_adc_resource),
  .resource  = s3c_adc_resource,
}; #endif /* CONFIG_SAMSUNG_DEV_ADC */ 

由代碼可知，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的platform_device具體內(nèi)容由宏CONFIG_PLAT_S3C24XX、CONFIG_SAMSUNG_DEV_ADC來控制。

驅(qū)動(dòng)編寫架構(gòu)和流程如下

read()
{
       1、向adc設(shè)備發(fā)送要讀取的命令
          ADCCON    1<<0 | 1<<14 | 0X1<<16 | 0XFF<<6 2、讀取不到數(shù)據(jù)就休眠 wait_event_interruptible(); 3、等待被喚醒讀數(shù)據(jù) havedata = 0； } adc_handler（） { 1、清中斷 ADC使用中斷來通知轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)完畢的 2、狀態(tài)位置位； havedata=1； 3、喚醒阻塞進(jìn)程 wake_up() } probe（） { 1、讀取中斷號(hào)，注冊(cè)中斷處理函數(shù) 2、讀取寄存器的地址，ioremap 3、字符設(shè)備的操作 }

驅(qū)動(dòng)需要首先捕獲中斷信號(hào)后再去寄存器讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在ADC控制器沒有準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)之前，應(yīng)用層需要阻塞讀取數(shù)據(jù)，所以在讀取數(shù)據(jù)的函數(shù)中，需要借助等待隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)用進(jìn)程的阻塞。驅(qū)動(dòng)程序

驅(qū)動(dòng)程序?qū)拇嫫鞯牟僮鲄⒖悸銠C(jī)程序，只是基地址需要通過ioremap（）做映射，對(duì)寄存器的讀寫操作需要用readl、writel。

driver.c

#include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  #include  static int major = 250; static wait_queue_head_t wq; static int have_data = 0; static int adc; static struct resource *res1; static struct resource *res2; static void *adc_base; #define ADCCON 0x0000 #define ADCDLY 0x0008 #define ADCDAT 0x000C #define CLRINTADC 0x0018 #define ADCMUX 0x001C static irqreturn_t adc_handler(int irqno, void *dev) {
  have_data = 1;
 
  printk("11111\n"); /*清中斷*/ writel(0x12,adc_base + CLRINTADC);
  wake_up_interruptible(&wq); return IRQ_HANDLED;
} static int adc_open (struct inode *inod, struct file *filep) { return 0;
} static ssize_t adc_read(struct file *filep, char __user *buf, size_t len, loff_t *pos) {
    writel(0x3,adc_base + ADCMUX);
  writel(1<<0 | 1<<14 | 0X1<<16 | 0XFF<<6 ,adc_base +ADCCON );
 
  wait_event_interruptible(wq, have_data==1); /*read data*/ adc = readl(adc_base+ADCDAT)&0xfff; if(copy_to_user(buf,&adc,sizeof(int)))
  { return -EFAULT;
  }
  have_data = 0; return len;
} static int adc_release(struct inode *inode, struct file *filep) { return 0;
} static struct file_operations adc_ops =
{ .open = adc_open,
  .release = adc_release,
  .read = adc_read,
}; static int hello_probe(struct platform_device *pdev) { int ret;
  printk("match 0k \n");
 
  res1 = platform_get_resource(pdev,IORESOURCE_IRQ, 0);
    res2 = platform_get_resource(pdev,IORESOURCE_MEM, 0);
     
  ret = request_irq(res1->start,adc_handler,IRQF_DISABLED,"adc1",NULL);
      adc_base = ioremap(res2->start,res2->end-res2->start);
 
  register_chrdev( major, "adc", &adc_ops);
  init_waitqueue_head(&wq); return 0;
} static int hello_remove(struct platform_device *pdev) {
  free_irq(res1->start,NULL);
  free_irq(res2->start,NULL);  
  unregister_chrdev( major, "adc"); return 0;
} static struct of_device_id adc_id[]=
{ {.compatible = "fs4412,adc" },
}; static struct platform_driver hello_driver=
{ .probe = hello_probe,
  .remove = hello_remove,
  .driver ={
    .name = "bigbang",
    .of_match_table = adc_id,
  },
}; static int hello_init(void) {
  printk("hello_init"); return platform_driver_register(&hello_driver);
} static void hello_exit(void) {
  platform_driver_unregister(&hello_driver);
  printk("hello_exit \n"); return;
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

測(cè)試程序

test.c

#include  #include  #include  #include  main()
{ int fd,len; int adc;
  fd = open("/dev/hello",O_RDWR); if(fd<0)
  {
    perror("open fail \n"); return ;
  } while(1)
  {
    read(fd,&adc,4); printf("adc%0.2f V \n",(1.8*adc)/4096);
  }
 
  close(fd);
}

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