linux 混杂设备驱动之adc驱动

ulppknot · 发表于 2020-4-20 10:04

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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

ExxNEN · 发表于 2020-4-20 13:24

linux 混杂设备驱动之adc驱动

CCxiaom · 发表于 2020-4-20 13:27

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