6th_用户态 ADC 编程

6. 用户态 ADC 编程    
    EasyARM-iMX283A 提供了两种不同速度的 ADC 数据采集通道，一种 Low-Resolution
    ADC（ LRADC 低分辨率），底板引出 3 路： ADC0、 ADC1、 ADC6；另一种为 High-Speed
    ADC(HSADC 高速 ADC，每秒可达 2MSPS），只有 1 路。 4 路 ADC 分别对应 EasyARMiMX283A
    排母的 A0、 A1、 A6、 HSADC。
    
    ADC0、 ADC1、 ADC6 三路通道内部含有一个除 2 模拟电路，在未开启内部除 2 电路
    时，其量程为 0~1.85V，开启除 2 电路时，量程为 0~3.7V。 ADC 参考源来自内部参考电压
    1.85V。另外，驱动提供了一个内部读取电池电压的接口，此通道内部有除 4 电路。 HSADC
    为 2M 采样率的高速 ADC，可用于摄像头数据采集。
    
6.1 ADC 驱动模块的加载
    EasyARM-iMX283A ADC 的驱动有两种，一种是 LRADC 对应的驱动。另一种为 HSADC
    对应的驱动。下面分别对两种驱动加载方式作出介绍。
    
    1. LRADC 对应的驱动加载
        ADC0、 ADC1、 ADC6 对应的驱动是以动态加载模块的形式提供，因此在 ADC 操作之
        前要先安装 lradc 驱动模块。
        驱动模块在哪里？
        root@EasyARM-iMX283 ~# insmod /root/lradc.ko
        adc module init!
        
    2. HSADC 对应的驱动加载
        内核默认以动态加载模块方式编译 HSADC 驱动。在 EasyARM-iMX283A 光盘镜像的
        linux 内核目录执行下面命令：
        root@Linux-host:~/linux-2.6.35.3# make modules
        
        就可以在“ linux-2.6.35.3/driver/misc/” 生成“ mxs-hsadc.ko” HSADC 驱动模块。加载动态
        驱动模块与上面介绍的“ 安装 lradc 驱动” 方式相同。
        如果需要静态加载此驱动，需要配置驱动为静态加载模式：
        root@Linux-host:~/linux-2.6.35.3# make menuconfig
        在内核选项里选择“ MX28 High Speed ADC”。选项路径：
        Device Drivers->
        [*] Misc devices --->
            <> MX28 High Speed ADC
            
        按空格键可以切换模块编译方式。选择“ *”，内核编译时会将高速 ADC 驱动以静态方
        式编译。重新烧写内核后高速 ADC 驱动就会生效。
        
6.2 操作接口
    本着简单易用原则， ADC 使用字符设备文件操作。下面分别介绍。
    1. LRADC 操作接口
        LRADC 操作仅使用了 ioctl 函数，读取电压操作代码如下：
        ...
        #include "lradc.h"
        #define LRADC_DEV         /dev/magic-adc"
        #define CMD_VOLTAGE     IMX28_ADC_CH0         /* 通道 0 读取命令 */
        ....
        int value, fd,;
        fd = open(LRADC_DEV, 0); /* 打开 ADC 设备 */
        ....
        ioctl(fd, , CMD_VOLTAGE, &value); /* 发送采集命令，采集数据保存在 value 中*/
        其中， value 为读取的电压值， IMX28_ADC_CH0 读取通道 0 命令号，命令号定义位于
        “ lradc.h”头文件中，通过 ioctl 系统调用后，返回值保存在 value 中，需要将这个值转换为
        电压值。具体转化见文档。
        
    2. HSADC 操作接口
    
        当加载内核自带的驱动mxs-hsadc.ko时，将会生成内核文件/dev/mxs-hsadc0:
        root@EasyARM-iMX283 /mnt/app_for_hardware# insmod mxs-hsadc.ko
        root@EasyARM-iMX283 /mnt/app_for_hardware# lsmod
        Module                  Size  Used by
        mxs_hsadc               4378  0
        root@EasyARM-iMX283 /mnt/app_for_hardware# ls /dev/mxs-hsadc0 -l
        crw-rw----    1 root     root      250,   0 Jan  1 01:22 /dev/mxs-hsadc0
    
        手动建立一个字符设备节点：
        HSADC 为字符设备，主设备号为 250，次设备号为 0，设备节点需要用户创建。创建命令如下：
        root@EasyARM-iMX283A ~# mknod /dev/hsadc c 250 0
        HSADC 只要通过 read 系统调用实现。驱动程序默认使用 12 位精度采集数据。下面的
        示例代码实现了读取 len 个数据到 buff 中。
        #define HRADC_DEV "/dev/hsadc" /* 高速设备名 */
        int read_hsadc(short *buff, int len)
        {
            static int fd,flag = 0;
            int ret,i,value;
            fd = open (HRADC_DEV,0);
            ....
            ret = read (fd ,buff,len); /* read 系统调用，返回采集数据*/
            ....
            for(i=0;i             {
                buff[i] &= 0x3ff; /* 数据低 12 位有效 */
            }
        }
        
6.3 C 程序操作示例

    下面分别给出 LRADC 和 HSADC 的 C 程序操作范例。
    1. C 程序操作 LRADC
        程序清单 6.1 所示例程实现的功能是：读取 AP-283Demo 学习套件的电阻电压和 R32
        发热电阻温度。
        代码执行流程：首先获取用户需要读取数据量。然后打开设备，发送读取命令并打印返
        回电压值，然后将读取的温度传感器的电压转化为温度并打印。
        
        程序清单 6.1 ADC 操作示例
          

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <math.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "lradc.h"

#define LRADC_DEV        "/dev/magic-adc"    /* adc 设备文件名 */
#define CMD_VOLTAGE     IMX28_ADC_CH0        /* 通道 0 读取命令 */
#define CMD_TEMPTURE    IMX28_ADC_CH1        /* 通道 1 通读读取命令 */
#define R33             2000
#define V_ADC            3.3
#define T1                (273.15 + 25)
#define R1                27600
#define B                3435*1000

int main(int argc,char **argv)
{
    short buff[100];
    int i, fd, value_R, value_T, cmd, ret, len = 2;
    float voltage, RT, temp,resistance;
    fd = open (LRADC_DEV,O_RDONLY); /* 打开 ADC 设备 */
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        close(fd);
        return 0;
    }

    while(1)
    {
        usleep(1000000);
        ret = ioctl(fd, CMD_VOLTAGE, &value_R); /* 读取通道 0 */
        if(ret != 0){
            perror("ioctl");
            return -1;
        }

        ret = ioctl(fd, CMD_TEMPTURE, &value_T); /* 读取通道 1 */
        //close(fd);
        if(ret != 0) {
            perror("ioctl");
            return -1;
        }

        resistance    = (value_R*1.85)/4096.0; /* 计算通道 0 测量电压 */
        voltage     = (value_T*1.85)/4096.0; /* 计算通道 1 测量电压 */
        RT            = (V_ADC/voltage - 1)*R33; /* 计算热敏电阻的阻值 */
        temp        = 3435/log(10*RT) - 273.15; /* 计算热敏电阻的温度 */

        printf("A10 Voltage: %fV ;A11 Temperature: %f\n", resistance, temp);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

    注意，执行 adc 代码前，必须要加载 lradc.ko 模块。编译代码指令如下：
    
    编译应用程序：
    # arm-linux-gcc -o lradc_app -lm lradc_app.c
    
    编译驱动程序：lradc.ko
    root@Linux-host:/nfsroot/app_for_hardware/6th_adc/lradc/lradc_driver# make
    root@Linux-host:/nfsroot/app_for_hardware/6th_adc/lradc/lradc_driver# ls
    built-in.o  lradc.h   lradc.mod.c  lradc.o   modules.order   README.txt
    lradc.c     lradc.ko  lradc.mod.o  Makefile  Module.symvers
    
    加载驱动：
    # insmod lradc.ko
    执行程序：
    # ./lradc_app
    可以看到打印的温度信息：
    root@EasyARM-iMX283 /mnt/app_hardware/6th_adc/lradc/lradc_appTest# ./lradc_app
    A10 Voltage: 0.812085V ;A11 Temperature: 16.143188
        
    程序1：只打印一次sensor的值。
    程序2：每隔一秒打印一次，一直打印。
    
    
    2. C 程序操作 HSADC
        程序清单 6.2 实现的功能是：读取 AP-283Demo 学习套件的发热电阻温度。
        代码执行流程：首先获取用户需要读取数据量。然后打开设备，使用 read 系统调用读
        取数据，然后将数据取平均值并转换为温度并打印。    
        程序清单 6.2 HSADC 操作示例
       

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <math.h>

#define R33         2000
#define V_ADC         3.3
#define T1             (273.15 + 25)
#define R1             27600
#define B             3435*1000
#define HSADC         "/dev/mxs-hsadc0"

int main(int argc,char **argv)
{
    unsigned int buff[100];
    int i, fd, value = 0, cmd, ret, len = 2;
    float voltage, RT, temp,tmp;
    int cnt;

    if(argv[1] == NULL) {
        printf("uasge: ./hsadc [data length]\n");
        printf("data length >= 1\n");
        return 0;
    }

    fd = open (HSADC,O_RDONLY); /* 打开 ADC 设备 */
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        close(fd);
        return 0;
    }

    while(1)
    {
        usleep(1000000); // 1 second

        cnt = atoi(argv[1])*2;
        ret = read(fd, buff, cnt); /* 读取 HSADC */
        printf("ret: %d, cnt: %d\n", ret, cnt);
        if(ret < 0){
            perror("ioctl");
            return -1;
        }
        //close(fd);

        ret >>= 1;
        printf("ret: %d\n", ret);

        for(i = 0; i < ret; i++)
        {
            value += (buff[i] & 0xfff);
        }

        value     = value/ret;
        voltage = (value*1.85)/4096.0;         /* 计算通道 1 测量电压 */
        RT         = (V_ADC/voltage - 1)*R33;     /* 计算热敏电阻的阻值 */
        temp     = 3435/log(10*RT) - 273.15; /* 计算热敏电阻的温度 */
        printf("A11 Temperature: %f\n",temp);

    }

    close(fd);

    return 0;
}

    
    注意，执行 adc 代码前，必须要加载 mxs-hsadc.ko 模块或内核已经有静态 hsadc 驱动。
    驱动路径：/drivers/misc/mxs-hsadc.ko
    加载驱动
        #insmod mxs-hsadc.ko
    可以看到生成的设备文件为：/dev/mxs-hsadc0
    
    编译应用程序：hsadc
    # arm-linux-gcc -o hsadc hsadc.c -lm
    
    把编译好的可执行文件 adc 下载到开发板，设置可执行权限。
    root@EasyARM-iMX283 ~# chmod 777 hsadc
    将 AP-283Dem 配板排针插入 EasyARM-iMX283A 排母， 并使用杜邦线将排母对应的
    A1 与 HSADC 短接（就是母排J1的第17脚和第19脚短接）， 执行代码。
    root@EasyARM-iMX283 ~# ./hsadc 10
    执行命令中，数字 10 表示需要读取 10 次采样的平均值。