linux input输入子系统分析《二》：s3c2440的ADC简单驱动实例分析

1      mini2440的ADC驱动实例

这节与输入子系统无关，出现在这里是因为后面的章节会讲到触摸屏输入子系统驱动，由于触摸屏也使用ADC，因此本节是为了说明ADC通过驱动代码是如何控制的。

本节重点：

• 如何通过原理图查找ADC硬件使用的资源
• 如何通过芯片手册查找ADC硬件的操作方法
• ADC设备驱动程序的初始化流程
• ADC设备驱动程序的中断处理流程

本节难点：

• ADC的控制寄存器的操作方法
• ADC驱动程序的控制逻辑

1.1    模数转换（ADC）简介

ADC是把模拟信号转化为计算机能够处理的数字信号的过程。

模拟信号一般为电压，或者是电流。有些时候也可以是非电信号，如温度、湿度、声音、位移等，它们通过传感器转换为电压信号传递给A/D转换器才可以进行A/D转换。

1.2    mini2440上的可调电阻

由mini2440的用户手册的1.3.8节A/D输入测试可知，S3C2440的AIN0引脚接到了开发板的可调电阻W1上，原理图如下图3所示：

图3  mini2440可调电阻原理图

上图中，1、2电路的状态是能够确定的，一个接3.3V电压，一个接地，中间接可变电阻W1（10K）。而引脚3接AIN0，它是什么？可以通过mini2440开发板原理图来查找：

图4  mini2440可调电阻与S3C2440接口电路

通过上图可知，开发板的AIN0引脚与S3C2440 CPU芯片上的AIN0引脚相连接。因此需要进一步查看S3C2440芯片手册获得AIN0引脚的作用。

下图5是S3C2440芯片手册的第16章对A/D转换器和触摸屏接口的介绍。S3C2440内部共有8个通道的模拟输入接口，其转换的模拟信号为10位的二进制数字编码。

A[3:0]分别代表AIN0、AIN1、AIN2、AIN3，触摸屏接口可以控制/选择触摸屏X、Y方向的引脚（XP，XM，YP，YM）的变换。

图5  A/D转换器和触摸屏的功能结构图

那么ADC如何实现模拟信号到数字信号的转换呢，由上图可知，模拟信号通过8个通道的任意一个输入，然后通过分频器决定A/D转换器的频率，最后通过ADC将模拟信号转换为数字信号保存在ADCDAT0中，ADCDAT0中的数据可以通过查询或者中断的方式来获得。

S3C2440模数转换器的控制逻辑可由以下寄存器来进行操作：

ADCCON       ADC控制寄存器

ADCTSC        ADC触摸屏控制寄存器器

ADCDLY ADC启动初始化延迟寄存器

ADCDAT0      ADC转换数据寄存器

ADCDAT1      ADC转换数据寄存器

ADCUPDN     笔尖抬起或落下中断状态寄存器

由以上内容，开发板可以通过W1可变电阻的阻值变化产生电压的变化，由AIN0引脚传递给ADC控制器转化为数字信号，我们通过驱动来获得可调电阻W1硬件的变化。

1.3    可调电阻的ADC驱动程序

既然需要写驱动，首先先确定可调电阻的ADC驱动属于什么设备。由于是顺序读取寄存器ADCDAT0的过程，所以把它看成一个字符设备，而且对于这个设备来说，更简单的实现方法是通过misc杂项设备来实现。

代码实现的非常简单，通过中断的方式获取ADCDAT0的前10位的值就可以了。代码如下：

 /*
 * mini2440 ADC驱动程序
 *
 * Kevin Lee <www.ielife.cn>
 */

 #include<linux/kernel.h> /* 提供prink等内核特有属性 */
 #include<linux/module.h> /* 提供如MODULE_LICENSE()、EXPORT_SYMBOL() */
 #include<linux/init.h> /* 设置段，如_init、_exit，设置初始化优先级，如__initcall */
 #include<linux/wait.h> /* 等待队列wait_queue */
 #include<linux/interrupt.h> /* 中断方式，如IRQF_SHARED */
 #include<linux/fs.h> /* file_operations操作接口等 */
 #include<linux/clk.h> /* 时钟控制接口，如struct clk */
 #include<linux/miscdevice.h> /* 杂项设备 */
 #include<asm/io.h> /* 提供readl、writel */
 #include<asm/irq.h> /* 提供中断号，中断类型等，如IRQ_ADC中断号 */
 #include<asm/arch/regs-adc.h> /* 提供控制器的寄存器操作，如S3C2410_ADCCON */
 #include<asm/uaccess.h> /* 提供copy_to_user等存储接口 */

 /* 定义设备名称，用户访问接口/dev/adc */
 #defineDEVICE_NAME "adc"

 /* 定义adc时钟，通过adc_clock接口获得adc输入时钟，adc转换器需要 */
 staticstruct clk *adc_clock;

 /* 定义虚拟地址访问硬件寄存器，__iomem只是用于表示指针将指向I/O内存 */
 staticvoid __iomem *base_addr;

 /* 定义并初始化一个等待队列adc_waitqueue，对ADC资源进行阻塞访问 */
 staticwait_queue_head_t adc_waitqueue;

 /* 定义并初始化信号量adc_lock，用于控制共享中断IRQ_ADC资源的使用 */
 DECLARE_MUTEX(adc_lock);
 EXPORT_SYMBOL(adc_lock);

 /* 定义等待队列的条件，当is_read_ok=1时，ADC转换完毕，数据可读 */
 staticvolatileint is_read_ok = 0;

 /* 定义ADC转换的数据内容 */
 staticvolatileint adc_data;

 staticint adc_open(struct inode *inode, struct file *file);
 staticssize_t adc_read(struct file *filp, char *buffer,size_t count, loff_t *ppos);
 staticint adc_close(struct inode *inode, struct file *filp);

 /* 实现字符设备操作接口 */
 staticstruct file_operations adc_fops =
 {
     .owner   = THIS_MODULE,
     .open    = adc_open,
     .read    = adc_read,
     .release = adc_close,
 };

 /* 实现misc杂项设备操作接口 */
 staticstruct miscdevice adc_miscdev =
 {
     .minor  = MISC_DYNAMIC_MINOR,/* 动态获取杂项设备的次设备号 */
     .name   = DEVICE_NAME,       /* 杂项设备的设备名称，这里为adc */
     .fops   = &adc_fops,         /* 杂项设备子系统接口，指向adc_fops操作接口 */
 };

 /*ADC中断服务程序，获取ADC转换后的数据 */
 staticirqreturn_t adc_irq(int irq, void *dev_id)
 {
    /* 仅当is_read_ok=0时才进行转换，防止多次中断 */
    if(!is_read_ok)
     {
        /* 读取ADCCON[9:0]的值，0x3ff为只获取[9:0]位，ADCCON为转换后的数据 */
         adc_data = readl(base_addr +S3C2410_ADCDAT0) & 0x3ff;

        /* 设置标识为1，唤醒读等待进程可以拷贝数据给用户空间了 */
         is_read_ok = 1;
        wake_up_interruptible(&adc_waitqueue);
     }

    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
 }

 /*ADC设备打开，并注册IRQ_ADC中断处理函数 */
 staticint adc_open(struct inode *inode, struct file *file)
 {
    int ret;

    /* 由于IRQ_ADC为共享中断，因此中断类型选择IRQF_SHARED，最后一个参数需要设置NULL以外的值 */
     ret = request_irq(IRQ_ADC, adc_irq,IRQF_SHARED, DEVICE_NAME, (void *)1);
    if (ret)
     {
         printk(KERN_ERR"Could notallocate ts IRQ_ADC !\n");
        return -EBUSY;
     }

    return 0;
 }

 /*设置ADC控制寄存器，开启AD转换*/
 staticvoid adc_run(void)
 {
    volatile unsignedint adccon;

    /* ADCCON的位[14]=1为使能A/D预分频器，位[13:6]=32表示设置的分频值，ADC的转换频率需要在2.5MHZ以下
      * 我们使用的ADC输入时钟为PCLK=50MHZ，50MHZ/32<2.5MHZ，满足条件
      * 位[5:3]=000，表示模拟输入通道选择AIN0
      */
     adccon = (1 << 14) | (32 << 6);
     writel(adccon, base_addr + S3C2410_ADCCON);

    /* 位[0]=1表示使能ADC转换，当转换完毕后此位被ADC控制器自动清0 */
     adccon = readl(base_addr + S3C2410_ADCCON)| (1 << 0);
     writel(adccon, base_addr + S3C2410_ADCCON);
 }

 /*ADC设备驱动读函数 */
 staticssize_t adc_read(struct file *filp, char *buff,size_t count, loff_t *offp)
 {
    int err;

    /* 获取信号量，如果被占用，睡眠等待持有者调用up唤醒
      * 这样做的原因是，有可能其他进程抢占执行或是触摸屏驱动抢占执行
      */
     down_interruptible(&adc_lock);

    /* 启动adc转换，调用中断处理函数adc_irq*/
     adc_run();

    /* 如果is_read_ok为假，则睡眠等待条件为真，由中断处理函数唤醒 */
     wait_event_interruptible(adc_waitqueue,is_read_ok);

    /* 执行到此说明中断处理程序获得了ADC转换后的值，清除为0等待下一次的读 */
     is_read_ok = 0;

    /* 将转换后的数据adc_data提交给用户 */
     err = copy_to_user(buff, (char*)&adc_data, min(sizeof(adc_data),count));

    /* 释放信号量，并唤醒因adc_lock而睡眠的进程 */
     up(&adc_lock);

    return err ? -EFAULT :sizeof(adc_data);
 }

 /*ADC设备关闭函数 */
 staticint adc_close(struct inode *inode, struct file *filp)
 {
    /*释放中断*/
     free_irq(IRQ_ADC, (void *)1);
    return 0;
 }

 staticint __init adc_init(void)
 {
    int ret;

    /* 获得adc的时钟源，通过arch/arm/mach-s3c2410/clock.c获得提供的时钟源为PCLK */
     adc_clock = clk_get(NULL,"adc");
    if (!adc_clock)
     {
         printk(KERN_ERR"failed to get adcclock source\n");
        return -ENOENT;
     }

    /* 在时钟控制器中给adc提供输入时钟，ADC转换需要输入时钟 */
     clk_enable(adc_clock);

    /* 使用ioremap获得操作ADC控制器的虚拟地址
      * S3C2410_PA_ADC=ADCCON，是ADC控制器的基地址，寄存器组的长度=0x1c
      */
     base_addr = ioremap(S3C2410_PA_ADC, 0x1c);
    if (base_addr == NULL)
     {
         printk(KERN_ERR"Failed to remapregister block\n");
        return -ENOMEM;
        goto fail1;
     }

    /* 初始化等待队列 */
     init_waitqueue_head(&adc_waitqueue);

    /* 注册杂项设备 */
     ret = misc_register(&adc_miscdev);
    if (ret)
     {
         printk(KERN_ERR"Failed toregister miscdev\n");
        goto fail2;
     }

     printk(DEVICE_NAME"initialized!\n");

    return 0;

 fail2:
     iounmap(base_addr);
 fail1:
     clk_disable(adc_clock);
     clk_put(adc_clock);

    return ret;
 }

 staticvoid __exit adc_exit(void)
 {
    /* 释放虚拟地址 */
     iounmap(base_addr);

    /* 禁止ADC的时钟源 */
    if (adc_clock)
     {
         clk_disable(adc_clock);
         clk_put(adc_clock);
         adc_clock = NULL;
     }

    /*注销misc设备*/
     misc_deregister(&adc_miscdev);
 }

 module_init(adc_init);
 module_exit(adc_exit);

 MODULE_AUTHOR("KevinLee <www.ielife.cn>");
 MODULE_DESCRIPTION("Mini2440ADC Misc Device Driver");
 MODULE_VERSION("MINI2440ADC 1.0");
 MODULE_LICENSE("GPL");

由于驱动程序不同于应用程序main函数，因此读者观看以上程序的顺序应该如下所示：

首先执行的代码是__init adc_init函数，它会被insmod加载进内核，当然也可以在内核初始化的时候加载，加载成功，应用层访问接口“/dev/adc”被创建；

其次，由于应用层会首先打开“/dev/adc”设备，进而操作ADC设备，因此需要查看adc_open函数做了什么。由于打开设备意味着要使用设备，所以在adc_open中注册IRQ_ADC中断资源；

最后，用户会调用read函数读取ADC转换的值，会调用到adc_read。因此，在adc_read函数中需要设置好AIN0引脚的模拟输入，并启动ADC，把读取的任务交给adc_irq函数去完成，最后由adc_read函数把数据提交给应用层。

如果使用insmod的方式加载，需要编写Makefile函数，如下：

 MODULENAME:= adc.o

 ifneq($(KERNELRELEASE),)
 #call from kernel build system
 obj-m      := $(MODULENAME)

 else
 #KERNELDIR?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
 KERNELDIR?= /work/system/linux-2.6.22.6
 PWD       := $(shell pwd)
 default:
        $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
 endif

 clean:
        rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko*.mod.c .tmp_versions module* Module* $(APPNAME)

 depend.depend dep:
        $(CC) $(CFLAGS) -M *.c > .depend

 ifeq(.depend,$(wildcard .depend))
 include.depend
 endif

adc.c与Makefile文件放在同一目录下，执行make就可以了。Makefile中使用的编译器的名称为arm-linux-gcc，根据自己的情况修改即可。

编译成功，在当前目录下得到adc.ko驱动模块，使用命令modinfo  adc.ko，获取信息如下：

stu@stu-desktop:adc$modinfo adc.ko

filename:       adc.ko

license:        GPL

version:        MINI2440 ADC 1.0

description:    Mini2440 ADC Misc Device Driver

author:         Kevin Lee <www.ielife.cn>

srcversion:     901D02B007F9D53D9C54EA3

depends:       built-in,built-in,built-in,built-in,built-in

vermagic:       2.6.22.6mod_unload ARMv4

以上信息也是我们在adc.c代码中添加的，还有的是在编译过程中得到的。

把adc.ko文件放到开发板中，执行insmod  adc.ko，看到如下信息则说明启动正常：

adc initialized!

并且可以查看/dev目录下，已经有adc设备文件

# ls  -l  /dev/adc

crw-rw----    1 0       0         10,  61 Jul 27 23:17 /dev/adc

1.4    可调电阻的测试程序

编写测试程序adc_test.c文件，源代码如下：

 #include<stdio.h>
 #include<stdlib.h>
 #include<fcntl.h>
 #include<unistd.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<errno.h>

 #defineDEVICE_NAME       "/dev/adc"

 intmain()
 {
    int fd,ret,value;

     fd = open(DEVICE_NAME, O_RDONLY);
    if(fd < 0) {
         perror("open ADC : ");
         exit(EXIT_FAILURE);
     }

     ret = read(fd, &value,sizeof(value));
    if(ret < 0) {
             perror("read ADC:");
             close(fd);
             exit(EXIT_FAILURE);
     }

     printf("read from ADC : %d\n",value);
     close(fd);

    return 0;
 }

源代码简单不做说明，编译源代码的命令：

arm-linux-gcc  -Wall -O2  adc_test.c  -o adc_test

arm-linux-strip  adc_test

拷贝adc_test文件到开发板，执行命令./adc_test，显示如下：

#./adc_test

readfrom ADC : 736

调节（旋转）电位器即转动变阻器，再次执行./adc_test，显示如下：

#./adc_test

readfrom ADC : 886

读到的数值随电阻值的变化而变化，由此说明驱动及硬件工作正常。