Exynos4412 A/D转换器

Adc控制器集成在exynos4412 soc中，控制器内部有一根中断线连接到中断控制器combiner，然后路由到GIC（Generic Interrupt Controller），滑动变阻器连接到adc控制器的通道3。

ADC控制器

参考《Exynos 4412 SCP》 的datasheet。

ADC控制器是10位或12位CMOS再循环式模拟数字转换器，它具有10个通道输入，并可将模拟量转换至10位或12位二进制数。5Mhz A/D 转换时钟，最大1Msps的转换速度。A/D转换具备片上采样保持功能，同时也支持待机工作模式。

ADC接口包括如下特性。

1. 10bit/12bit输出位可选。

2. 微分误差  1.0LSB。

3. 积分误差  2.0LSB。

4. 最大转换速率5Msps.

5. 功耗少，电压输入1.8V。

6. 电压输入范围 0~1.8V。

7. 支持偏上样本保持功能。

8. 通用转换模式。

模块图

4412 A/D转换器的控制器接口，原理我们并不需要关注，知道即可。

通道选择

由上图可知，A/D控制器一共有4个通道，通用寄存器地址为0x126c0000。

A/D控制器寄存器

对ADC控制器的操作主要是通过配置寄存器来实现的，查看datasheet，必须掌握寄存器的使用。以下是A/D控制器寄存器汇总。

1、A/D控制寄存器ADCCON

• RES         : 选择A/D转换精度，0：划分成1024份 1：划分成4096份
  

• ECFLG   ：转换是否结束  0：转换中  1：转换完毕；对于轮询模式需要根据该位判断数据是否转换完毕。

• PRSCEN：A/D转换预分频是否使能

• PRSCVL：预分频的值，转换公式见下面

• STANDBY：待机模式  0：正常工作模式 1：待机模式。处于待机模式时要将PRSCEN设置为0

• READ_START: A/D转换由读操作触发，设置为1后，每次读取A/D值的操作都会触发一次A/D转换。

• ENABLE_START: 单次开启A/D转换，转换完毕后该位自动清零，当READ_START设置为1的时候，该位无效。

通常设置值为(1 << 16 | 1 << 14 | 99 <<6 | 1 << 1)。

2、A/D转换数据寄存器ADCDAT0

注意该寄存器的值只有低12位有效。

3、A/D清中断寄存器CLRINTADC

中断例程负责清中断，中断结束后写入任意值就可以清中断。

4、A/D通道选择寄存器ADCMUX

每次操作都要先设置通道，因为 4个通道是共用同一套寄存器，如果有其他任务也在使用A/D，就会产生混乱。在此我们选择通道3，置3即可。

5、ADC中断ID

参见9.2.2GIC Interrupt Table

由此可知，ADC中断号对应的SPI值是10，inturrupt ID 为42。对于终端查询方式和编写终端的驱动需要知道SPI id和inturrupt ID，后面讲解基于Linux驱动还会再分析设备树节点如何填写。

6、Combiner中断控制器

combiner的配置寄存器：IMSRn、IECRn、ISERn、ISTRn，类似于GPIO 对中断源分组。只有中断模式才需要考虑combiner中断控制器的操作。

7、Combiner分组

参考章节：10.2.1Interrupt Combiner Table 10-1Interrupt Groups of Interrupt Combiner

可见ADC在INTG10，即第10组。

8、Combiner IESR2

参考章节：10.4.2.9IESR2

如果要用中断模式设置为1即可。

9、Combiner IECR2

参考章节：10.4.2.10IECR2

此处用于关闭中断，采用默认值即可，注意，如果设置了1，那么中断功能就关闭了。

10、A/D转换的转换时间计算

例如：PCLK为100MHz,PRESCALER = 65 ;所有10位转换时间为

100MHz/(99+1) = 1MHz

转化时间为1/(1MHz/5 cycles) = 5us。

完成一次A/D转换需要5个时钟周期。A/D转换器的最大工作时钟为5MHz,所以最大采样率可以达到1Mit/s.

电路连接图

由该电路图可知，外设是一个滑动变阻器，根据接触点的不同，会导致输入电压的模拟值不同。连接的A/D控制器通道为3。该电路利用一个电位计输出电压到4412的AIN3管脚。输入的电压范围为0~1.8V。

ADC裸机开发程序实例

ADC数据的读取通常由2种方法：中断模式、轮询模式。

轮询模式

轮询模式读取数据步骤如下:

• 1.要读取数据首先向ADC寄存器ADCCON的bit：1写1，发送转换命令，采用读-启动模式来开启转换。
• 2.当ADC控制器转换完毕会将ADCCON的bit：15设置为1，
• 3.轮询检测ADCCON的bit：15是否设置为1，如果设置为1，就读走数据，否则继续等待。

这种方式比较占用CPU资源。

//注：这里使用读-启动模式

/***********************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;
} /*
 *  裸机代码，不同于LINUX 应用层， 一定加循环控制
 */ int main (void) { unsigned char bit4,bit3,bit2,bit1; unsigned int temp = 0;
  
  uart_init();
  adc_init(temp); puts("开始转换\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;
}

中断模式

中断模式读取数据步骤如下:

• 1.要读取数据首先向ADC寄存器ADCCON的bit：0写1，发送转换命令;
• 2.当ADC控制器转换完毕会通过中断线向CPU发送中断信号;
• 3.在中断处理函数中，读走数据，并清中断.

注：中断对应寄存器的设置，后续会更新对应的文档。

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); 打开的话只能读取一次， //42/32 ICDICPR.ICDICPR1 = ICDICPR.ICDICPR1 | (1 << 10);【清GIC中断标志位类似于 ICDISER】 break;
       }
       CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR & (~0x3ff) | irq_num;
} void adc_init(void) { //12bit   使能分频       分频值                 手动 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);//使能相应中断到分配器 ICDIPTR.ICDIPTR10 = ICDIPTR.ICDIPTR10 &(~(0xff << 16)) | (0x1 << 16);//发送到相应CPU接口 CPU0.ICCPMR = 255;//设置中断屏蔽优先级 CPU0.ICCICR = 1; //全局使能开关 } int main (void) { 
  adc_init();
       adcint_init(); while(1)
       {
              ADCCON = ADCCON | 1;
              delay_ms(1000);
       } return 0;
}

基于Linux驱动编写

设备树

编写基于Linux的ADC外设驱动，首先需要编写设备树节点信息，在裸机程序中，我们只用到了寄存器地址，而编写基于Linux的驱动，我们需要用到中断功能。所以编写设备树节点需要知道ADC要用到的硬件资源主要包括：寄存器资源和中断资源。

关于中断的使用我们在后续文章中会继续分析，现在我们只需要知道中断信息如何填写即可。

ADC寄存器信息填写

由上可知，寄存器基地址为0x126c0000,其他寄存器只需要根据基地址做偏移即可获取，所以设备树的reg属性信息如下：

reg =;

ADC中断信息填写

描述中断连接需要四个属性：

父节点提供以下信息

interrupt-controller - 一个空的属性定义该节点作为一个接收中断信号的设备。
interrupt-cells      - 这是一个中断控制器节点的属性。它声明了该中断控制器的
中断指示符中【interrupts】 cell 的个数（类似于 #address-cells 和 #size-cells）。 

子节点描述信息

interrupt-parent - 这是一个设备节点的属性，包含一个指向该设备连接的中断控制器的 
phandle。那些没有 interrupt-parent 的节点则从它们的父节点中继承该属性。
iterrupts       - 一个设备节点属性，包含一个中断指示符的列表，对应于该设备上的
每个中断输出信号。【设备的中断信息放在该属性中】

父节点

首先我们必须知道ADC控制器的中断线的父节点：

ADC控制器位于soc内，4个ADC通道公用一根中断线，该中断线连接在combiner上，所以我们需要查找到combiner这个父节点的说明：

进入设备树文件所在目录：arch\arm\boot\dts

grep combiner *.* -n

经过筛选得到以下信息:

因为我们使用的板子是exynos4412，而exynos系列通用的平台设备树文件是exynos4.dtsi，查看该文件：

上图列举了combiner控制器的详细信息：

interrupt-cells ;
    interrupt-cells =;

所以ADC控制器中断控制器的interrupts属性应该有两个cell。

interrupts属性填写

而设备的中断信息填写方式由内核的以下文档提供：

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，中断的第一个cell是该中断源所在中断控制器的index，第二个cell表示中断的触发方式

1. 上升沿触发
2. 下降沿触发
3. 高电平触发
4. 低电平触发

那么index应该是多少呢？

详见datasheet的9.2.2 GIC Interrupt Table 节：

此处我们应该是填写左侧的SPI ID：10 还是填写INTERRUPT ID：42呢？

此处我们可以参考LCD节点的interrupts填写方法：

通过查找父节点为combiner的设备信息。

继续grep combiner . -n

由此可见lcd这个设备的interrupts属性index值是11，所以可知ADC控制器中断线的index是10。中断信息如下：

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

ADC外设设备树信息

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

本文默认大家会使用设备树，不知道如何使用设备树的朋友，后续会开一篇单独讲解设备树。

【注意】在不支持设备树内核中，以Cortex-A8为例，中断信息填写在以下文件中

内部中断，Irqs.h (arch\arm\mach-s5pc100\include\mach)
外部中断在Irqs.h (arch\arm\plat-s5p\include\plat)

ADC属于内部中断，位于arch\arm\mach-s5pc100\include\mach\Irqs.h中。

寄存器信息填写在以下位置：

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,
};

结构体s3c_device_adc定义在以下文件:

\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 */ 

由代码可知，平台驱动对应的platform_device具体内容由宏CONFIG_PLAT_S3C24XX、CONFIG_SAMSUNG_DEV_ADC来控制。

驱动编写架构和流程如下

read()
{
       1、向adc设备发送要读取的命令
          ADCCON    1<<0 | 1<<14 | 0X1<<16 | 0XFF<<6 2、读取不到数据就休眠 wait_event_interruptible(); 3、等待被唤醒读数据 havedata = 0； } adc_handler（） { 1、清中断 ADC使用中断来通知转换数据完毕的 2、状态位置位； havedata=1； 3、唤醒阻塞进程 wake_up() } probe（） { 1、读取中断号，注册中断处理函数 2、读取寄存器的地址，ioremap 3、字符设备的操作 }

驱动需要首先捕获中断信号后再去寄存器读取相应的数据，在ADC控制器没有准备好数据之前，应用层需要阻塞读取数据，所以在读取数据的函数中，需要借助等待队列来实现驱动对应用进程的阻塞。驱动程序

驱动程序对寄存器的操作参考裸机程序，只是基地址需要通过ioremap（）做映射，对寄存器的读写操作需要用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"); /*清中断*/ 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);

测试程序

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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