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 <p>文章来自一口linux博客&#xff0c;这里主要拿来做笔记使用&#xff0c;记录自己的学习心得&#xff08;16.从0学arm&#xff0c;基于Cortex-A9 ADC裸机驱动详解_cortex-a9的ad转换-CSDN博客&#xff09; </p> 

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在嵌入式开发中，ADC应用比较频繁，本文主要讲解ADC的基本原理以及如何编写基于ARM的裸机程序和基于Linux的驱动程序。

ARM架构：Cortex-A9 Linux内核：3.14

在讲述ADC之前，我们需要先了解什么是模拟信号和数字信号。

主要是与离散的数字信号相对的连续的信号。模拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化，而数字信号是人为的抽象出来的在时间上不连续的信号。电学上的模拟信号是主要是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放大，相加，相乘等。

模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，如目前广播的声音信号，或图像信号等。

如下图所示从上到下一次是正弦波、 调幅波、 阻尼震荡波、 指数衰减波 。

数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。

数字信号：高清数字电视，MP3，JPG，PNG文件等等。

优点：

1. 抗干扰能力强、无噪声积累

在模拟通信中，为了提高信噪比，需要在信号传输过程中及时对衰减的传输信号进行放大，信号在传输过程中不可避免地叠加上的噪声也被同时放大。

随着传输距离的增加，噪声累积越来越多，以致使传输质量严重恶化。

对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限个离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中虽然也受到噪声的干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，

即在适当的距离采用判决再生的方法，再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，所以可实现长距离高质量的传输。

2. 便于加密处理

信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理的比模拟通信容易得多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密、解密处理。

3. 便于存储、处理和交换

数字通信的信号形式和计算机所用信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换，

可使通信网的管理、维护实现自动化、智能化。

4. 设备便于集成化、微型

数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。

5. 便于构成综合数字网和综合业务数字网

采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。

另外，电话业务和各种非话业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网。

6. 占用信道频带较宽

一路模拟电话的频带为4kHz带宽，一路数字电话约占64kHz，这是模拟通信目前仍有生命力的主要原因。随着宽频带信道(光缆、数字微波)的大量利用(一对光缆可开通几千路电话)以及数字信号处理技术的发展(可将一路数字电话的数码率由64kb/s压缩到32kb/s甚至更低的数码率)，数字电话的带宽问题已不是主要问题了。

常用的数字信号编码有不归零（NRZ）编码、 曼彻斯特（Manchester）编码和差分曼彻斯特（Differential Manchester）编码。

数字信号与模拟信号的转化

模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，

即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码；

数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，

目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。

脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。

脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化， 编码的过程。

抽样：

就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

量化：

就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示,通常是用二进制表示。

编码：

就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

 A/D转换器的几个技术指标：

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ADC

ADC，Analog-to-Digital Converter的缩写，指模/数转换器或者模数转换器。是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模/数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。

ADC最早用于对无线信号向数字信号转换。如电视信号，长短播电台发接收等。

与之相对应的DAC，Digital-to-Analog Converter，它是ADC模数转换的逆向过程。

现在市场上的电子产品都集成了传感器，传感器要采集数据，他的内部结构里就一定要用到ADC，常见的传感器如下：

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三星的Exynos4412模块结构图如下所示：

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(产生电压差)连接到adc控制器的通道3（XadcAIN3）。

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。

• 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。

• 10bit/12bit输出位可选。
• 微分误差  1.0LSB。
• 积分误差  2.0LSB。
• 最大转换速率5Msps.
• 功耗少，电压输入1.8V。
• 电压输入范围 0~1.8V。
• 支持偏上样本保持功能。
• 通用转换模式。

4412 A/D转换器的控制器接口框图如下：

原理我们并不需要关注，知道即可。

 ADC_CFG寄存器

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。

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。

对寄存器做一些基本配置即可转换：通道、精度、转换开启关闭、清除状态

1、A/D控制寄存器ADCCON

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

设置A/D精度为12bit（划分为4096份）、正常模式、预分频值为99、读触发转换

2、A/D转换数据寄存器ADCDAT

ADCDAT 是A/D转换数据寄存器，最终转换的结果存于该寄存器

注意该寄存器的值只有低12位有效,跟ADCCON[16]配置有关。adc_num = ADCDAT&0xfff

3、A/D清中断寄存器CLRINTADC

黄色部分可知，中断处理函数负责清中断，中断结束后在CLRINTADC[0]位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，置3即可。

5、ADC中断源

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

 ADC的中短线连接到combiner控制器

combiner将左右的中断源分为19组管理，每组内的中断源共用一个中断号

由四组寄存器分别配置管理：IMSRn、IECRn、ISERn、ISTRn (n=0-3)

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

ADC的combiner Group ID 为INTG10, 可见ADC在INTG10，即第10组。

通过寄存器IMSR2、IECR2、ISER2、ISTR2配置相应功能。

8、Combiner IESR2 使能中断

参考章节：10.4.2.9IESR2 

IESR2用于使能、屏蔽中断 

如果要用中断模式设置为1即可。

9、Combiner IECR2 关闭中断功能

参考章节：10.4.2.10IECR2

 IECR2用于关闭中断功能，采用默认值即可，如果设置了1，那么中断功能关闭

此处用于关闭中断功能，跟清除中断标志不是一个意思，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

完成一次A/D转换需要5个时钟周期，所以转化时间为1/(1MHz/5 cycles) = 5us。

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1MSPS.

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数据的读取通常由2种方法：中断模式、轮训模式。

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

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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。

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：

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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

子节点描述信息

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父节点

首先我们必须知道ADC控制器的中断线的父节点：

由上图可知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：archarmbootdts

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：

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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：

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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 -n combiner *.*

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：

ADC外设设备树信息

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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

ADC属于内部中断，位于archarmmach-s5pc100includemachIrqs.h中。

寄存器信息填写在以下位置：

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结构体s3c_device_adc定义在以下文件:

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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

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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。

驱动程序实现

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

测试程序

test.c

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