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本章就学习一下如何使用STM32MP1内部的ADC#xff0c;并且在学习巩固一下IIO驱动。

ADC简介

D…在之前的笔记中学习了如何给ICM20608编写IIO驱动ICM20608本质就是ADC因此纯粹的ADC驱动也是IIO驱动框架的。

本章就学习一下如何使用STM32MP1内部的ADC并且在学习巩固一下IIO驱动。

ADC简介

Converter的缩写中文名称模数转换器。

它可以将外部的模拟信号转化成数字信号。

对于GPIO口来说高于某个电压值它读出来的只有高电平低于就是低电平。

假如想知道具体的电压数值就要借助于ADC的帮助它可以将一个范围内的电压精确的读取出来。

测量范围测量范围对于ADC来说就好比尺子的量程ADC测量范围决定了外接的设备其信号输出电压范围不能超过ADC的测量范围。

如果所使用的外部传感器输出的电压信号范围和所使用的ADC测量范围不符合那么就需要自行设计相关电压转换电路。

分辨率就是尺子上的能量出来的最小测量刻度假如ADC的测量范围为0-5V分辨率设置为12位那么能测出来的最小电压就是

5V除以2的12次方也就是5/40960.00122V。

很明显分辨率越高采集到的信号越精确所以分辨率是衡量

ADC

的一个重要指标。

精度是影响结果准确度的因素之一比如在厘米尺上能测量出大概多少毫米的尺度但是毫米后一点点我们却不能准确的量出。

经过计算ADC在12位分辨率下的最小测量值是0.00122V但是ADC的精度最高只能到11位也就是0.00244V。

也就是ADC测量出0.00244V的结果是要比0.00122V要可靠也更准确。

采样时间当ADC在某时刻采集外部电压信号的时候此时外部的信号应该保持不变但实际上外部的信号是不停变化的。

所以在ADC内部有一个保持电路保持某一时刻的外部信号这样ADC就可以稳定采集了保持这个信号的时间就是采样时间。

采样率也就是在一秒的时间内采集多少次。

很明显采样率越高越好当采样率不够的时候可能会丢失部分信息所以ADC采样率是衡量ADC性能的另一个重要指标。

总之只要是需要模拟信号转为数字信号的场合那么肯定要用到ADC。

很多数字传感器内部会集成ADC传感器内部使用ADC来处理原始的模拟信号最终给用户输出数字信号。

STM32MP157

STM32MP157有两个ADCADC1和ADC2ADC1和ADC2紧密耦合可在双重模式下运行(ADC1为主器件)。

每个ADC由一个16位逐次逼近模数转换器组成每个ADC有20个通道每个通道支持单次、连续、扫描或不连续采样模式。

转换结果存储在一个左对齐或右对

多达2个ADC可在双重模式下运行。

可以配置为16、14、12、10或8位分辨率。

自校准。

可独立配置各通道采样时间。

……

ADC驱动源码简析

STM32MP157有2个ADC因此对应2个ADC控制器所以在设备树里就有2个ADC控制器节点。

这2个ADC的设备树节点内容都是一样的除了reg属性不同(毕竟不同的控制器其地址范围不同)。

本章实验使用PA5这个引脚来完成ADC实验而PA5就是ADC1_INP19通道引脚所以这里就以ADC1为例进行讲解stm32mp151.dtsi文件中的adc节点信息如下

示例代码

};第2行compatible属性值为“st,stm32mp1-adc-core”所以在整个Linux源码里面搜索这个字符串即可找到STM32MP157的ADC驱动核心文件这个文件就是drivers/iio/adc/stm32-adc-core.c。

第16、27行compatible属性值“st,stm32mp1-adc”搜索这个字符串可以找到ADC驱动文件这个文件就是drivers/iio/adc/stm32-adc.c。

关于STM32MP157的ADC节点更为详细的信息请参考对应的绑定文档Documentation/devicetree/bindings/iio/adc/st,stm32-adc.txt。

接下来简单分析一下绑定文档后面需要根据绑定文档修改设备树使能ADC对应的通道。

1、必要属性

compatible兼容性属性必须的可以设置为“st,stm32mp1-adc-core”。

regADC控制器寄存器信息。

interrupts中断属性ADC1和ADC2各对应一个中断信息。

clocks时钟属性。

clock-names时钟名字可选“adc”或“bus”。

interrupt-controller中断控制器。

vdda-supply此属性对应vdda输入模拟电压句柄。

vref-supply此属性对应vref参考电压句柄。

interrupt-cells设置为1。

address-cells设置为1。

size-cells设置为0。

pinctrl引脚配置信息。

booster-supply嵌入式booster调节器句柄。

vdd-supplyvdd输入电压句柄。

st,syscfg系统配置控制器句柄。

st,max-clk-rate-hz最大时钟。

STM32MP157有两个ADC每个ADC对应一个子节点ADC子节点相关属性如下

1、必要属性

compatible兼容性属性必须的可以设置为“st,stm32mp1-adc”。

reg不同ADC控制器寄存器地址偏移信息。

interrupts中断线信息adc0为0adc100为1。

st,adc-channelsADC通道信息可以设置0-19分别对应20个通道。

st,adc-diff-channelsADC差分通道信息如果使用差分ADC功能的话。

io-channel-cells设置为1。

dmasDMA

名字必须设置成“rx”。

assigned-resolution-bitsADC分辨率可以设置为8、10、12,、14或16。

st,min-sample-time-nsecs最小采样时间单位ns。

ADC驱动源码分析

ADC驱动文件有两个stm32-adc-core.c和stm32-adc.c。

stm32-adc-core.c是ADC核心层主要用于ADC电源等初始化需要重点关注的是

stm32-adc.c这个文件。

stm32-adc.c主体框架是platform配合IIO驱动框架实现ADC驱动。

stm32_adc结构体

ST自己将ADC外设抽象成了结构体stm32_adc就相当于自定义的设备结构体。

stm32_adc结构体贯穿于整个驱动文件结构体内容如下

stm32_adc_probe函数

接下来看一下stm32_adc_probe函数内容如下(有省略)

示例代码

devm_iio_device_alloc(pdev-dev,

sizeof(*adc));

dev_get_drvdata(pdev-dev.parent);

init_completion(adc-completion);

adc-cfg

of_match_device(dev-driver-of_match_table,

dev)-data;

of_property_read_u32(pdev-dev.of_node,

reg,

devm_request_threaded_irq(pdev-dev,

adc-irq,

stm32_adc_of_get_resolution(indio_dev);

(ret

stm32_adc_chan_of_init(indio_dev);

(ret

stm32_adc_dma_request(indio_dev);

(ret

iio_triggered_buffer_setup(indio_dev,

handler,

pm_runtime_set_autosuspend_delay(dev,

pm_runtime_use_autosuspend(dev);

ret

iio_device_register(indio_dev);

(ret)

}第12行调用devm_iio_device_alloc函数申请iio_dev这里也连stm32_adc内存一起申请了。

第16行调用iio_priv函数从iio_dev里面的到stm32_adc首地址。

第23-27行初始化iio_dev重点是第26行的stm32_adc_iio_info因为用户空间读取ADC数据最终就是由stm32_adc_iio_info来完成的。

第41行调用devm_request_threaded_irq函数申请中断这里使用的是中断线程化。

第60行调用stm32_adc_of_get_resolution函数获取ADC的分辨率。

第64行调用stm32_adc_chan_of_init函数初始化ADC通道。

第68行调用stm32_adc_dma_request函数初始化DMA。

第75行调用iio_triggered_buffer_setup函数设置IIO触发缓冲区。

第90行调用stm32_adc_hw_start函数开启ADC。

第94行调用iio_device_register函数向内核注册iio_dev。

可以看出stm32_adc_probe函数核心就是初始化ADC然后建立ADC的IIO驱动框架。

重点来看一下第2行的stm32_adc_read_raw函数因为此函数才是最终向用户空间发送ADC原始数据的函数内容如下

第9-18行读取ADC原始数据值第18行type值为IIO_VOLTAGE也就是读取电压值。

第14行调用stm32_adc_single_conv函数来完成ADC单次读取。

stm32_adc_single_conv函数会设置采样率、配置通道、使用硬件触发、开启转换最后等待转换完成中断发生。

stm32_adc_read_raw函数内容还是比较简单的因为只是读取ADC原始值不像ICM20608那么复杂。

关于ADC驱动源码就讲解到这里接下来学习如何使能ADC然后编写应用程序读取ADC采集到的值。

硬件原理图分析

上图中JP2是一个3P的排针1脚连接到STM32MP157的DAC引脚上(PA4)2脚连

接到ADC引脚上(PA5)3脚连接到VR1这个可调电位器上。

本章实验使用STM32MP157的ADC来采集VR1可调电位器的电压因此要用跳线帽将JP1的2,3脚连接起来如下图所示

ADC驱动编写

ADC驱动ST已经编写好了只需要修改设备树即可。

首先在stm32mp15-pinctrl.dtsi文件中添加ADC使用的PA5引脚配置信息

示例代码

};接下来在stm32mp157d-atk.dts文件中向根节点添加vdd子节点信息内容如下

示例代码

};最后在stm32mp157d-atk.dts文件中向adc节点追加一些内容内容如下

示例代码

第9-12行adc1子节点第10行st,adc-channels属性设置adc通道为19第11行st,min-sample-time-nsecs属性设置最小采样时间为10000ns第12行设置分辨率为16位。

使能ADC驱动

ST官方默认已经使能了ADC驱动所以不需要修改但是为了学习看一下如何使能Linux内核自带的ADC驱动。

打开Linux内核配置界面配置路径如下

Device

编译修改后的设备树然后使用新的设备树启动系统。

进入/sys/bus/iio/devices下就有ADC对应的iio设备iio:deviceX本章例程如下图所示

上图中的“iio:device0”就是ADC设备因为此时并没有加载其他的IIO设备驱动只有一个ADC。

如果还加载了其他IIO设备驱动那么就要依次进入iio设备目录查看一下都对应的是什么设备。

in_voltage19_rawADC1通道19原始值文件。

in_voltage_offsetADC1偏移文件。

in_voltage_scaleADC1比例文件(分辨率)单位为mV。

实际电压值(mV)in_voltage19_raw*in_voltage_scale。

开发板此时in_voltage19_raw和in_voltage_scale这两个文件内容如下

经过计算上图中实际电压20779*0.050354003≈1046.3mV也就是1.0463V。

编写测试APP其中需要

新建char数组指针file_path存储iio框架对应文件路径并enum对应的文件索引。

然后欣姐设备结构体里面存储raw、scale和act就可以了。

编写file_data_read这个跟之前iio的很类似就是fopen之后fscanf到EOF处就fseek把指针调回文件头然后fclose。

之后编写adc_read里面就是调用file_data_read读出来之后分别atoi和atof转成数字最后把raw和scale乘起来/1000得到实际值存到adc_dev的结构体指针dev-act之中。

最后是main函数argc就1个在while中adc_read然后printf就好了。

运行测试

由于不需要编写ADC驱动程序因此也就不需要编译驱动程序。

设备树前面已经编译过了所以这里就只剩下编译测试APP。

由于adcApp.c用到了浮点运算因此编译的时候要使能硬件浮点输入如下编译adcApp.c

这个测试程序

注意在测试之前一定要先按照之前的连接示意图所示将JP2跳线帽接到左边也就是将ADC1_CH19通道连接到开发板上的可调电位器上

输入如下命令使用adcApp测试程序

测试APP会不断的读取ADC值并输出到终端可以通过调节开发板上的电位器来改变电压值如下图所示

从上图可以看到ADC原始值以及对应的电压值因为STM32MP157的ADC可采集电压范围为0-3.3V因此扭动开发板上的电位器的时候电压会在0-3.3V之间变化。

这一章的学习放在了IIO的驱动后面所以其实比之前要简单了很多个人感觉可以先看这个学一下IIO的驱动框架然后再去看上一篇笔记基本的内容都一样反而上一篇笔记的IIO驱动来搞ICM20608难度大很多。