#创作者激励# [FFH]标准系统HDF平台驱动(一)——ADC驱动适配 原创 精华

FFH杞人
发布于 2023-3-16 10:09
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【本文正在参加2023年第一期优质创作者激励计划】

标准系统HDF平台驱动(一)——ADC驱动适配

个人简介:深圳技术大学FSR实验室大三学生,正于九联科技实习,共同学习研究南向开发知识。
博客主页:https://ost.51cto.com/person/posts/15624680

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前言

之前在研究HDF驱动过程中,发现对于标准系统,HDF已经提供了统一的一套Linux驱动适配,例如使用开发板外设gpio,pwm等,都可以直接使用HDF提供的平台设备接口适配linux内核代码。然后在使用九联UnionPi-Tiger开发板HDF平台接口时,发现开发板并没有对ADC的HDF进行适配,然后发现其他标准系统开发板也没有将ADC的HDF驱动适配到开发板上,但是又能在OpenHarmony源码中找到HDF适配linux内核的ADC驱动代码,所以尝试自己进行一波驱动适配,适配完后也是成功能正常调用HDF平台提供的统一ADC驱动接口。

参考

drivers_adapter_khdf_linux
平台驱动开发——ADC
驱动子系统

前述知识

ADC

  1. 简介
    ADC(Analog to Digital Converter),即模拟-数字转换器,是一种将模拟信号转换成对应数字信号的设备。
  2. 基本概念
  • 分辨率:即每个采样数据精度,用多少位数字来表示采集到一个模拟量,分辨率越高就能采集越精确的数据。常用分辨率:8bit、10bit、12bit。
  • 精度:即模拟量转换成数字量的精确程度
  • 采样速率:即每秒对ADC采样的次数

Linux IIO子系统

  • IIO(Industrial I/O) 子系统旨在为某种意义上是模数或数模转换器 (ADC,DAC) 的设备提供支持,Linux内核通过IIO框架把模数转换的功能集合在一起,包括加速度计,磁力计,陀螺仪,压力传感器, 湿度传感器,温度传感器等都属于IIO系列器件。
  • IIO作为字符设备暴露给用户空间,用户可直接在设备树中使能该功能,与IIO驱动程序交互获取采样值。

可以动手做一个小尝试,电脑连接开发板进入开发板终端,进入/sys/bus/iio/iio:device,表示传感器及通道,对于UnionPi_Tiger开发板,可以看到开发板提供in_voltage0_raw-in_voltage7_raw 8个ADC采样通道。
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读取ADC采样值,使用软件写入start的方式,每次触发一次采样:
执行cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/xxx_raw即可获取对于通道的采值。

例如,查看数据手册,可以知道开发板外设对于的通道为2和3。
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所以我们读取开发板的ADC外设可以通过如下命令:
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Linux内核部署OpenHarmony驱动框架

OpenHarmony平台驱动(Platform Driver),即平台设备(Platform Device)驱动,为系统及外设驱动提供访问接口。这里的平台设备,泛指I2C/UART等总线、以及GPIO/RTC等特定硬件资源。平台驱动框架是OpenHarmony驱动框架的重要组成部分,它基于HDF驱动框架操作系统适配层以及驱动配置管理机制,为各类平台设备驱动的实现提供标准模型。平台驱动框架为外设提供了标准的平台设备访问接口,使其不必关注具体硬件;同时为平台设备驱动提供统一的适配接口,使其只关注自身硬件的控制。

对于OpenHarmony标准系统来说,内核使用的是统一的Linux系统内核,这也就是说对于大部分的一些驱动模型,驱动接口,都可以使用统一的一套框架进行适配,也就是在Linux内核部署OpenHarmony的HDF驱动子系统,这样可以提供归一化的驱动平台底座,做到一次开发,多系统部署。在OpenHarmony源码中存放对于驱动子系统适配linux内核的代码和编译脚本,具体路径为drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux,提供了各种驱动模型的适配例如音频驱动模型,显示驱动模型,以及平台设备接口适配linux内核代码,例如gpio接口,adc接口,仓库链接:https://gitee.com/openharmony/drivers_adapter_khdf_linux。

ADC模块运作机制:统一服务模式

在HDF框架中,同类型设备对象较多时(可能同时存在十几个同类型配置器),若采用独立服务模式,则需要配置更多的设备节点,且相关服务会占据更多的内存资源。相反,采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器统一处理所有同类型对象的外部访问(这会在配置文件中有所体现),实现便捷管理节约资源的目的。ADC模块即采用统一服务模式
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在统一模式下,所有的控制器都被核心层统一管理,并由核心层统一发布一个服务供接口层,因此这种模式下驱动无需再为每个控制器发布服务。

驱动适配过程

一. 开启HDF_PLATFORM_ADC模块控制宏

HDF的驱动一般都由对应的模块控制宏进行控制编译,默认是不使能编译的(可以在对于的Kconfig文件查看),产品需要手动开启模块控制宏使之参与到产品编译,这样做的好处就是构建弹性化的框架能力。对于unionpi_tiger开发板,对于的配置文件位于device/board/unionman/unionpi_tiger/kernel/build/unionpi_tiger_standard_defconfig,可以看到默认情况下,对于该开发板是不提供ADC的HDF驱动能力的,因为还没有做好对应功能的适配,也就是不能直接使用平台提供的统一驱动接口。
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在这里我们将CONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_ADC的值配置为y,开启对应驱动能力,追述到编译的源头,其实是使能了drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/platform/adc目录下的makefile文件参与编译。

include drivers/hdf/khdf/platform/platform.mk

obj-y  += $(HDF_PLATFORM_FRAMEWORKS_ROOT)/src/adc/adc_core.o \
          $(HDF_PLATFORM_FRAMEWORKS_ROOT)/src/adc/adc_if.o \
          ./adc_iio_adapter.o

正好可以对应上ADC模块各分层:

  • 接口层(adc_if):提供打开设备,写入读取数据,关闭设备的能力。
  • 核心层(adc_core):主要负责服务绑定、初始化以及释放管理器,并提供添加、删除以及获取控制器的能力。
  • 适配层(adc_iio_adapter):由驱动适配者实现与硬件相关的具体功能,如控制器的初始化等。

二. 接口说明及属性配置

根据官方文档,ADC模块适配必选的三个环节是实例化驱动入口,配置属性文件,以及实例化核心层接口函数。

  1. 实例化驱动入口
  • 实例化HdfDriverEntry结构体成员。
  • 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。
  1. 配置属性文件
  • 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。
  • 【可选】添加adc_config.hcs器件属性文件。
  1. 实例化核心层接口函数
  • 初始化AdcDevice成员。
  • 实例化AdcDevice成员AdcMethod。

实例化驱动入口以及实例化核心层接口函数已经实现,对于其中的一些具体实现原理,可以到drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/platform/adc/adc_iio_adapter.c的驱动适配层代码进行查看,本质上也是对Linux IIO子系统的一些应用进行操作,对于他的实现过程,我也画了一张图进行总结,可能需要花点心思才能搞懂其中的逻辑,我在画这种图的时候就感受到了,可能也有不完整或不对的地方,欢迎指正。
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核心层和适配层的代码已经实现,我们需要做的是对属性文件进行配置。

1. 添加deviceNode描述

路径vendor/unionman/unionpi_tiger/hdf_config/khdf/device_info/device_info.hcs,统一服务模式的特点是device_info.hcs文件中第一个设备节点必须为ADC管理器,其各项参数如下设置:

成员名
moduleName 固定为HDF_PLATFORM_ADC_MANAGER
serviceName 固定为HDF_PLATFORM_ADC_MANAGER
policy 配置为2,对外发布服务
deviceMatchAttr 没有使用,可忽略

从第二个节点开始配置具体ADC控制器信息,第一个节点并不表示某一路ADC控制器,而是代表一个资源性质设备,用于描述一类ADC控制器的信息。这里一个ADC设备,如有多个设备,则需要在device_info.hcs文件增加deviceNode信息,以及在adc_config文件中增加对应的器件属性。

            device_adc :: device {
                device0 :: deviceNode {
                    policy = 2;
                    priority = 60;
                    permission = 0644;
                    moduleName = "HDF_PLATFORM_ADC_MANAGER";
                    serviceName = "HDF_PLATFORM_ADC_MANAGER";
                }
                device1 :: deviceNode {
                    policy = 0;
                    priority = 65;
                    permission = 0644;
                    moduleName = "linux_adc_adapter";
                    deviceMatchAttr = "linux_adc_adapter";
                }
            }

2. 配置器件适配器属性

新增a311d_adc_config.hcs配置文件,在vendor/unionman/unionpi_tiger/hdf_config/khdf/platform路径下。

root {
    platform {
        adc_config {
            match_attr = "linux_adc_adapter";//与deviceMatchAttr的值一致
            template adc_device {
                channelNum = 2;	//ADC通道数量
                driver_channel0_name = "";	//通道0在linux文件系统路径
                driver_channel1_name = ""; //通道1在linux文件系统路径
                deviceNum = 0;	//设备号标识
                scanMode =  0;	//扫描模式(必要,但实际使用参数无意义)
                rate = 1000;	//转换速率(必要,但实际使用参数无意义)
            }

            device_adc_0x0000 :: adc_device {
                channelNum = 2;
                deviceNum = 0;
                driver_channel0_name = "/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage2_raw";
                driver_channel1_name = "/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_voltage3_raw";
            }
        }
    }
}

对于参数的配置,可以对照适配层代码进行理解。
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配置完后必须在hdf.hcs文件中将其包含,否则配置文件无法生效。
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需要注意的点:

  • 因为为统一服务模式,match_attr = "linux_adc_adapter"必须配置在驱动适配器配置外部,否则会找不到设备,这个在后面会解释。并且这里的channelNum为通道总数,不是设备通道号。
  • driver_channelX_name需要根据通道号数量配置好每一个通道对于Linux的iio子系统对应通道路径,上述有提到Tiger开发板有8个ADC通道,但实际上能用到的通道只有2,3,所以直接配置通道数为二即可,并将通道2,3分别映射到driver_channel0_name及driver_channel1_name上。
  • deviceNum为自定义的设备号,在调用开启对应ADC设备时需要对应设备标识号。
  • scanMode和rate虽然在驱动没有用到,但需要获取到,都需要进行配置,值并无意义。

适配过程遇到的问题

配置文件中match_attr的位置

  • 统一服务模式与独立服务模式的驱动配置模式是不一样的,例如uart属于独立服务模式,每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问,需要为每一个设备单独配置器件属性,每个器件节点都需要一个match_attr进行匹配,代码中体现为直接使用DeviceResourceGetIfaceInstance获取drsOps方法获取设备参数。
  • 而统一服务模式则使用一个设备服务作为管理器,统一处理所有同类型对象的外部访问,驱动无需再为每个控制器发布服务,在代码中的体现为统一服务模式需要宏DEV_RES_NODE_FOR_EACH_CHILD_NODE(node, childNode) 遍历、解析.hcs文件中的所有配置节点,而这也是通过外部的match_attr进行匹配,如果写在器件内部,则无法匹配上,使用时会提示找不到设备,在遍历时对每个节点再使用DeviceResourceGetIfaceInstance获取drsOps方法获取参数,二者区别访问配置文件节点的深度问题。
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    二者配置文件的差异,也在下面给大家放出来。
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编译问题

  1. 在修改.hcs配置文件时,经常遇到配置之后没效果,那可能时hcs文件没进行重新编译,因为我修改完后生成的.hcb文件以及.o文件修改日期没改变,所以每次修改hcs文件建议把生成的文件先删除在删除out进行全部重新编译。
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  2. 调试过程中有时候debug需要修改到核心层,适配层的代码,而再次编译后修改的代码并没有生效,这也是需要把原来生成的一些.o文件等删除,再重新进行全量编译。
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后记

篇幅有限,为避免内容太乱,将适配完后对HDF平台接口的使用放在了下一篇,下一篇将使用HDF提供的统一驱动接口驱动LM35温度传感器来验证ADC驱动的适配结果。

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已于2023-3-23 14:06:40修改
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红叶亦知秋
红叶亦知秋

前排支持大佬新坑

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2023-3-16 11:30:20
喝一大口可乐
喝一大口可乐

自己适配驱动牛啊

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2023-3-17 15:27:23
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