linux 混杂设备驱动之adc驱动

linux2.6.30.4中，系统已经自带有了ADC通用驱动文件---arch/arm/plat-s3c24xx/adc.c，它是以平台驱动设备模型的架构来编写的，里面是一些比较通用稳定的代码，但是linux2.6.30.4版本的ADC通用驱动文件并不完善，居然没有读函数。后来去看了linux3.8版本的ADC通用文件----arch/arm/plat-samsung/adc.c才是比较完善的。

但是本节并不是分析这个文件，而是以另外一种架构来编写ADC驱动，因为ADC驱动实在是比较简单，就没有使用平台驱动设备模型为架构来编写了，这次我们使用的是混杂(misc)设备驱动。

问：什么是misc设备驱动？

答：miscdevice共享一个主设备号MISC_MAJOR(10)，但次设备号不同。所有的miscdevice设备形成一条链表，对设备访问时内核根据设备号来查找对应的miscdevice设备，然后调用其file_operations结构体中注册的文件操作接口进行操作。

 struct miscdevice  {
     int minor;              //次设备号，如果设置为MISC_DYNAMIC_MINOR则系统自动分配
     const char *name;       //设备名
     const struct file_operations *fops;     //操作函数
     struct list_head list;
     struct device *parent;
     struct device *this_device;
 };

dev_init入口函数分析：

 static int __init dev_init(void)
 {
     int ret;

     base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
     if (base_addr == NULL)
     {
         printk(KERN_ERR "failed to remap register block\n");
         return -ENOMEM;
     }

     adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
     if (!adc_clock)
     {
         printk(KERN_ERR "failed to get adc clock source\n");
         return -ENOENT;
     }
     clk_enable(adc_clock);

     ADCTSC = 0;

     ret = request_irq(IRQ_ADC, adcdone_int_handler, IRQF_SHARED, DEVICE_NAME, &adcdev);
     if (ret)
     {
         iounmap(base_addr);
         return ret;
     }

     ret = misc_register(&misc);

     printk (DEVICE_NAME" initialized\n");
     return ret;
 }

首先是映射ADC寄存器地址将其转换为虚拟地址，然后获得ADC时钟并使能ADC时钟，接着申请ADC中断，其中断处理函数为

adcdone_int_handler，而flags为IRQF_SHARED，即共享中断，因为触摸屏里也要申请ADC中断，最后注册一个混杂设备。

当应用程序open ("/dev/adc",...)时，就会调用到驱动里面的open函数，那么我们来看看open函数做了什么？

 static int tq2440_adc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
 {
     /* 初始化等待队列头 */
     init_waitqueue_head(&(adcdev.wait));

     /* 开发板上ADC的通道2连接着一个电位器 */
     adcdev.channel=2;   //设置ADC的通道
     adcdev.prescale=0xff;

     DPRINTK( "ADC opened\n");
     return 0;
 }

很简单，先初始化一个等待队列头，因为入口函数里既然有申请ADC中断，那么肯定要使用等待队列，接着设置ADC通道，因为TQ2440的ADC输入通道默认是2，设置预分频值为0xff。

当应用程序read时，就会调用到驱动里面的read函数，那么我们来看看read函数做了些什么？

 static ssize_t tq2440_adc_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
 {
     char str[20];
     int value;
     size_t len;

     /* 尝试获得ADC_LOCK信号量，如果能够立刻获得，它就获得信号量并返回0
      * 否则，返回非零，它不会导致调用者睡眠,可以在中断上下文使用
      */
     if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0)
     {
         /* 表示A/D转换器资源可用 */
         ADC_enable = 1;

         /* 使能预分频，选择ADC通道，最后启动ADC转换*/
         START_ADC_AIN(adcdev.channel, adcdev.prescale);

         /* 等待事件，当ev_adc = 0时，进程被阻塞，直到ev_adc>0 */
         wait_event_interruptible(adcdev.wait, ev_adc);

         ev_adc = 0;

         DPRINTK("AIN[%d] = 0x%04x, %d\n", adcdev.channel, adc_data, ((ADCCON & 0x80) ? 1:0));

         /* 将在ADC中断处理函数读取的ADC转换结果赋值给value */
         value = adc_data;
         sprintf(str,"%5d", adc_data);
         copy_to_user(buffer, (char *)&adc_data, sizeof(adc_data));

         ADC_enable = 0;
         up(&ADC_LOCK);
     }
     else
     {
         /* 如果A/D转换器资源不可用，将value赋值为-1 */
         value = -1;
     }

     /* 将ADC转换结果输出到str数组里，以便传给应用空间 */
     len = sprintf(str, "%d\n", value);
     if (count >= len)
     {
         /* 从str数组里拷贝len字节的数据到buffer，即将ADC转换数据传给应用空间 */
         int r = copy_to_user(buffer, str, len);
         return r ? r : len;
     }
     else
     {
         return -EINVAL;
     }
 }

tq2440_adc_read 函数首先尝试获得ADC_LOCK信号量，因为触摸屏驱动也有使用ADC资源，两者互有竞争关系，获得ADC资源后，使能预分频，选择ADC通道，最后启动ADC转换，接着就调用wait_event_interruptible 函数进行等待，直到ev_adc>0进程才会继续往下跑， 往下跑就会将 adc_data数据读出来，调用 copy_to_user函数将ADC数据传给应用空间，最后释放 ADC_LOCK信号量。

问：什么时候ev_adc>0？默认ev_adc = 0

答：在adcdone_int_handler中断处理函数里，等数据读出后，ev_adc被设置为1。

ADC中断处理函数adcdone_int_handler

 /* ADC中断处理函数 */
 static irqreturn_t adcdone_int_handler(int irq, void *dev_id)
 {
     /* A/D转换器资源可用 */
     if (ADC_enable)
     {
         /* 读ADC转换结果数据 */
         adc_data = ADCDAT0 & 0x3ff;

         /* 唤醒标志位，作为wait_event_interruptible的唤醒条件 */
         ev_adc = 1;
         wake_up_interruptible(&adcdev.wait);
     }
     return IRQ_HANDLED;
 }

当AD转换完成后就会触发ADC中断，就会进入adcdone_int_handler，这个函数就会讲AD转换数据读到adc_data，接着将唤醒标志位ev_adc置1，最后调用wake_up_interruptible函数唤醒adcdev.wait等待队列。
总结一下ADC的工作流程：

一、open函数里，设置模拟输入通道，设置预分频值

二、read函数里，启动AD转换，进程休眠

三、adc_irq函数里，AD转换结束后触发ADC中断，在ADC中断处理函数将数据读出，唤醒进程

四、read函数里，进程被唤醒后，将adc转换数据传给应用程序

ADC驱动参考源码：

 /*************************************

 NAME:EmbedSky_adc.c
 COPYRIGHT:www.embedsky.net

 *************************************/

 #include <linux/errno.h>
 #include <linux/kernel.h>
 #include <linux/module.h>
 #include <linux/slab.h>
 #include <linux/input.h>
 #include <linux/init.h>
 #include <linux/serio.h>
 #include <linux/delay.h>
 #include <linux/clk.h>
 #include <asm/io.h>
 #include <asm/irq.h>
 #include <asm/uaccess.h>
 #include <mach/regs-clock.h>
 #include <plat/regs-timer.h>

 #include <plat/regs-adc.h>
 #include <mach/regs-gpio.h>
 #include <linux/cdev.h>
 #include <linux/miscdevice.h>

 #include "tq2440_adc.h"

 #undef DEBUG
 //#define DEBUG
 #ifdef DEBUG
 #define DPRINTK(x...) {printk(KERN_DEBUG "EmbedSky_adc: " x);}
 #else
 #define DPRINTK(x...) (void)(0)
 #endif

 #define DEVICE_NAME "adc"       /* 设备节点: /dev/adc */

 static void __iomem *base_addr;

 typedef struct
 {
     wait_queue_head_t wait;     /* 定义等待队列头 */
     int channel;
     int prescale;
 }ADC_DEV;

 DECLARE_MUTEX(ADC_LOCK);    /* 定义并初始化信号量,并初始化为1 */
 static int ADC_enable = 0;          /* A/D转换器资是否可用标志位 */

 static ADC_DEV adcdev;              /* 用于表示ADC设备 */
 static volatile int ev_adc = 0;     /* 作为wait_event_interruptible的唤醒条件 */
 static int adc_data;

 static struct clk   *adc_clock;

 #define ADCCON      (*(volatile unsigned long *)(base_addr + S3C2410_ADCCON))   //ADC control
 #define ADCTSC      (*(volatile unsigned long *)(base_addr + S3C2410_ADCTSC))   //ADC touch screen control
 #define ADCDLY      (*(volatile unsigned long *)(base_addr + S3C2410_ADCDLY))   //ADC start or Interval Delay
 #define ADCDAT0     (*(volatile unsigned long *)(base_addr + S3C2410_ADCDAT0))  //ADC conversion data 0
 #define ADCDAT1     (*(volatile unsigned long *)(base_addr + S3C2410_ADCDAT1))  //ADC conversion data 1
 #define ADCUPDN     (*(volatile unsigned long *)(base_addr + 0x14))         //Stylus Up/Down interrupt status

 #define PRESCALE_DIS    (0 << 14)
 #define PRESCALE_EN     (1 << 14)
 #define PRSCVL(x)       ((x) << 6)
 #define ADC_INPUT(x)    ((x) << 3)
 #define ADC_START       (1 << 0)
 #define ADC_ENDCVT      (1 << 15)


 /* 使能预分频，选择ADC通道，最后启动ADC转换*/
 #define START_ADC_AIN(ch, prescale) \
     do{     ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(prescale) | ADC_INPUT((ch)) ; \
         ADCCON |= ADC_START; \
     }while(0)


 /* ADC中断处理函数 */
 static irqreturn_t adcdone_int_handler(int irq, void *dev_id)
 {
     /* A/D转换器资源可用 */
     if (ADC_enable)
     {
         /* 读ADC转换结果数据 */
         adc_data = ADCDAT0 & 0x3ff;

         /* 唤醒标志位，作为wait_event_interruptible的唤醒条件 */
         ev_adc = 1;
         wake_up_interruptible(&adcdev.wait);
     }
     return IRQ_HANDLED;
 }

 static ssize_t tq2440_adc_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
 {
     char str[20];
     int value;
     size_t len;

     /* 尝试获得ADC_LOCK信号量，如果能够立刻获得，它就获得信号量并返回0
      * 否则，返回非零，它不会导致调用者睡眠,可以在中断上下文使用
      */
     if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0)
     {
         /* 表示A/D转换器资源可用 */
         ADC_enable = 1;

         /* 使能预分频，选择ADC通道，最后启动ADC转换*/
         START_ADC_AIN(adcdev.channel, adcdev.prescale);

         /* 等待事件，当ev_adc = 0时，进程被阻塞，直到ev_adc>0 */
         wait_event_interruptible(adcdev.wait, ev_adc);

         ev_adc = 0;

         DPRINTK("AIN[%d] = 0x%04x, %d\n", adcdev.channel, adc_data, ((ADCCON & 0x80) ? 1:0));

         /* 将在ADC中断处理函数读取的ADC转换结果赋值给value */
         value = adc_data;
         sprintf(str,"%5d", adc_data);
         copy_to_user(buffer, (char *)&adc_data, sizeof(adc_data));

         ADC_enable = 0;
         up(&ADC_LOCK);
     }
     else
     {
         /* 如果A/D转换器资源不可用，将value赋值为-1 */
         value = -1;
     }

     /* 将ADC转换结果输出到str数组里，以便传给应用空间 */
     len = sprintf(str, "%d\n", value);
     if (count >= len)
     {
         /* 从str数组里拷贝len字节的数据到buffer，即将ADC转换数据传给应用空间 */
         int r = copy_to_user(buffer, str, len);
         return r ? r : len;
     }
     else
     {
         return -EINVAL;
     }
 }

 static int tq2440_adc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
 {
     /* 初始化等待队列头 */
     init_waitqueue_head(&(adcdev.wait));

     /* 开发板上ADC的通道2连接着一个电位器 */
     adcdev.channel=2;   //设置ADC的通道
     adcdev.prescale=0xff;

     DPRINTK( "ADC opened\n");
     return 0;
 }

 static int tq2440_adc_release(struct inode *inode, struct file *filp)
 {
     DPRINTK( "ADC closed\n");
     return 0;
 }


 static struct file_operations dev_fops = {
     owner:  THIS_MODULE,
     open:   tq2440_adc_open,
     read:   tq2440_adc_read,
     release:    tq2440_adc_release,
 };

 static struct miscdevice misc = {
     .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
     .name = DEVICE_NAME,
     .fops = &dev_fops,
 };

 static int __init dev_init(void)
 {
     int ret;

     base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
     if (base_addr == NULL)
     {
         printk(KERN_ERR "failed to remap register block\n");
         return -ENOMEM;
     }

     adc_clock = clk_get(NULL, "adc");
     if (!adc_clock)
     {
         printk(KERN_ERR "failed to get adc clock source\n");
         return -ENOENT;
     }
     clk_enable(adc_clock);

     ADCTSC = 0;

     ret = request_irq(IRQ_ADC, adcdone_int_handler, IRQF_SHARED, DEVICE_NAME, &adcdev);
     if (ret)
     {
         iounmap(base_addr);
         return ret;
     }

     ret = misc_register(&misc);

     printk (DEVICE_NAME" initialized\n");
     return ret;
 }

 static void __exit dev_exit(void)
 {
     free_irq(IRQ_ADC, &adcdev);
     iounmap(base_addr);

     if (adc_clock)
     {
         clk_disable(adc_clock);
         clk_put(adc_clock);
         adc_clock = NULL;
     }

     misc_deregister(&misc);
 }

 EXPORT_SYMBOL(ADC_LOCK);
 module_init(dev_init);
 module_exit(dev_exit);

 MODULE_LICENSE("GPL");
 MODULE_AUTHOR("www.embedsky.net");
 MODULE_DESCRIPTION("ADC Drivers for EmbedSky SKY2440/TQ2440 Board and support touch");

ADC应用测试参考源码：

 /*************************************

 NAME:EmbedSky_adc.c
 COPYRIGHT:www.embedsky.net

 *************************************/

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>
 #include <sys/ioctl.h>
 #include <fcntl.h>
 #include <linux/fs.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>

 int main(void)
 {
     int fd ;
     char temp = 1;

     fd = open("/dev/adc", 0);
     if (fd < 0)
     {
         perror("open ADC device !");
         exit(1);
     }

     for( ; ; )
     {
         char buffer[30];
         int len ;

         len = read(fd, buffer, sizeof buffer -1);
         if (len > 0)
         {
             buffer[len] = '\0';
             int value;
             sscanf(buffer, "%d", &value);
             printf("ADC Value: %d\n", value);
         }
         else
         {
             perror("read ADC device !");
             exit(1);
         }
         sleep(1);
     }
 adcstop:
     close(fd);
 }

测试结果：

 [WJ2440]# ./adc_test
 ADC Value: 693
 ADC Value: 695
 ADC Value: 694
 ADC Value: 695
 ADC Value: 702
 ADC Value: 740
 ADC Value: 768
 ADC Value: 775
 ADC Value: 820
 ADC Value: 844
 ADC Value: 887
 ADC Value: 937
 ADC Value: 978
 ADC Value: 1000
 ADC Value: 1023
 ADC Value: 1023
 ADC Value: 1023