mini2440_adc.c 分析（ADC驱动）

1、ADC硬件原理概述

我们从上面的结构图和数据手册可以知道，该ADC模块总共有8个通道可以进行模拟信号的输入，分别是AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、YM、YP、XM、XP。那么ADC是怎么实现模拟信号到数字信号的转换呢？首先模拟信号从任一通道输入，然后设定寄存器中预分频器的值来确定AD转换器频率，最后ADC将模拟信号转换为数字信号保存到ADC数据寄存器0中(ADCDAT0)，然后ADCDAT0中的数据可以通过中断或查询的方式来访问。对于ADC的各寄存器的操作和注意事项请参阅数据手册。

上图是mini2440上的ADC应用实例，开发板通过一个10K的电位器(可变电阻)来产生电压模拟信号，然后通过第一个通道(即：AIN0)将模拟信号输入ADC。左图中的Aref表示AD的参考电压是3.3V。ADC,模数转换器，将模拟量转换成数字量，采样，保持电路与AD转换器集成在一起。AD转换器模拟输入信号是直流电压信号，0~3.3V之间。S3C2440有8路模拟输入信号，AD转换器内部有一个模拟多路选择器，某一时刻只能将一路模拟输入信号，通过模拟多路选择器接通进行AD转换，而其他路模拟输入信号被断开。

2、ADC控制器

三、实现步骤

ADC设备在Linux中可以看做是简单的字符设备，也可以当做是一混杂设备(misc设备)，这里我们就看做是misc设备来实现ADC的驱动。注意：这里我们获取AD转换后的数据将采用中断的方式，即当AD转换完成后产生AD中断，在中断服务程序中来读取ADCDAT0的第0-9位的值(即AD转换后的值)。

#include <linux/errno.h>
#include <linux/kernel.h>//printk()
#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 <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>//包含很多驱动使用的内核API的定义。睡眠函数，变量声明
#include <asm/io.h>//定义IO映射
#include <asm/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <mach/regs-clock.h>
#include <plat/regs-timer.h>
#include <plat/regs-adc.h>//ADC寄存器的定义
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/miscdevice.h>

#include "s3c24xx-adc.h"
#undef DEBUG
//#define DEBUG
#ifdef DEBUG
	#define DPRINTK(x...) {printk(__FUNCTION__"(%d): ",__LINE__);printk(##x);}
#else
	#define DPRINTK(x...) (void)(0)
#endif

#define DEVICE_NAME "Myadc"

//经过虚拟地址映射之后的内存地址
static void __iomem *base_addr;  

typedef struct {
	wait_queue_head_t wait;//阻塞  等待队列，进程读取设备，如果没有转换数据，就会睡眠在此队列上
	int channel;//AD转换通道 s3c2440有八通道的ad，但是只有四个通道AIN[3:0]可以使用，其他四个用于触摸屏
	int prescale;//预分频值 计算转换速率的时候使用
}ADC_DEV;

//申请并初始化信号量
DECLARE_MUTEX(ADC_LOCK); 

//ADC驱动是否拥有AD转换器资源的状态变量
static int OwnADC = 0;
static ADC_DEV adcdev; //adcdev
static volatile int ev_adc = 0;//标识AD转换后的数据是否可以读取，0表示不可读取
static int adc_data;//保存读取后的AD转换的值，该值在ADC中断中读取

//保存从时钟平台队列中获取ADC的时钟
static struct clk   *adc_clock;  

//定义ADC的寄存器
#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

//以下都定义于ADCCON中
#define PRESCALE_DIS        (0 << 14)//预分频禁止
#define PRESCALE_EN         (1 << 14)//预分频允许
#define PRSCVL(x)           ((x) << 6)//预分频值设置
#define ADC_INPUT(x)        ((x) << 3)//模拟输入通道选择  SEL_MUX
#define ADC_START           (1 << 0)//开始AD转换
#define ADC_ENDCVT          (1 << 15)//AD转换结束 ECFLG

//设置ADC控制器，开启ADC转换
#define START_ADC_AIN(ch, prescale) 	do{ 		ADCCON = PRESCALE_EN | PRSCVL(prescale) | ADC_INPUT((ch)) ; 		ADCCON |= ADC_START; 	}while(0)

//中断服务程序，从ADC数据寄存器中读取AD转换后的值
static irqreturn_t adcdone_int_handler(int irq, void *dev_id)
{

	if (OwnADC) { //如果ADC驱动拥有AD转换器资源，则从ADC寄存器读取转换状态
		adc_data = ADCDAT0 & 0x3ff;//AD转换后的值保存在[0~9]位?
		ev_adc = 1;//将可读标识为1，并唤醒等待队列
		wake_up_interruptible(&adcdev.wait);
	}
	return IRQ_HANDLED;
}
static ssize_t s3c2410_adc_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
{
	char str[20];
	int value;
	size_t len;
	if (down_trylock(&ADC_LOCK) == 0) {//尝试获取信号量，判断AD转换器资源是否可用
		OwnADC = 1;//标记AD转换器资源可用
		START_ADC_AIN(adcdev.channel, adcdev.prescale);//设置ADC控制器，开启AD转换
		wait_event_interruptible(adcdev.wait, ev_adc);//使等待队列进入唤醒，等待转换结束
		ev_adc = 0;//已经有AD转换后的数据，则标识清0，给下一次读作判断

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

		value = adc_data;//把转换结果赋值，以便传递给应用层

		OwnADC = 0;//释放转换器资源
		up(&ADC_LOCK);//解锁

	} else {
		//没有AD转换器资源
		value = -1;
	}
	len = sprintf(str, "%d\n", value);
	if (count >= len) {
		int r = copy_to_user(buffer, str, len);//将读取到的ADC转换后的值发往到应用程序
	return r ? r : len;
	} else {
		return -EINVAL;
	}
}

//打开ADC，并设置频道和预分频值
static int s3c2410_adc_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	init_waitqueue_head(&(adcdev.wait));//初始化中断队列
	adcdev.channel=0;//设置ADC频道
	adcdev.prescale=0xff;//设置预分频值
	DPRINTK( "adc opened\n");
	return 0;
}

static int s3c2410_adc_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	DPRINTK( "adc closed\n");
	return 0;
}

//非标准C的用法，GNU C的用法
static struct file_operations dev_fops = {
	owner:  THIS_MODULE,
	open: s3c2410_adc_open,
	read: s3c2410_adc_read,
	release:  s3c2410_adc_release,
};
static struct miscdevice misc = {
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.name = DEVICE_NAME,
	.fops = &dev_fops,
};

//初始化设备
static int __init dev_init(void)
{
	int ret;
	//将ADC的IO端口占用的这段I/O空间映射到内存的虚拟地址，
	//S3C2410_PA_ADC是ADC控制器的基地址，0x20是虚拟地址长度
	base_addr=ioremap(S3C2410_PA_ADC,0x20);
	if (base_addr == NULL) {
		printk(KERN_ERR "Failed to remap register block\n");
		return -ENOMEM;
	}
	//获取ADC时钟
	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);//时钟使能

	/* normal ADC */
	ADCTSC = 0;
	//ADC中断申请，采用共享中断，
	ret = request_irq(IRQ_ADC, adcdone_int_handler, IRQF_SHARED, DEVICE_NAME, &adcdev);  //IRQF_SHARED 共享中断的
	if (ret) {
		iounmap(base_addr);//解除内存映射
		return ret;
	}
	ret = misc_register(&misc);
	printk (DEVICE_NAME"\tinitialized\n");
	return ret;
}
static void __exit dev_exit(void)
{
	free_irq(IRQ_ADC, &adcdev);//释放中断
	iounmap(base_addr);//解除内存映射
	//屏蔽和销毁时钟
	if (adc_clock) {
		clk_disable(adc_clock);
		clk_put(adc_clock);
		adc_clock = NULL;
	}
	misc_deregister(&misc);
}

//导出信号量ADC_LOCK在触摸屏驱动中使用，因为触摸屏和ADC公用寄存器，会产生竞争
//用信号量保证资源的互斥访问
EXPORT_SYMBOL(ADC_LOCK);
module_init(dev_init);
module_exit(dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FriendlyARM Inc.");

4、测试程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    //以阻塞方式打开设备文件，非阻塞时flags=O_NONBLOCK
    fd = open("/dev/myadc", 0);
    if(fd < 0)
    {
        printf("Open ADC Device Faild!\n");
        exit(1);
    }
    while(1)
    {
        int ret;
        int data;
        ret = read(fd, &data, sizeof(data));     //读设备
        if(ret != sizeof(data))
        {
            if(errno != EAGAIN)
            {
                printf("Read ADC Device Faild!\n");
            }
            continue;
        }
        else
        {
            printf("Read ADC value is: %d\n", data);
        }
    }
    close(fd);
    return 0;
}